האף הפרש הפוטנציאלים לכמת תחבורה טרנס-אפיתל יון בעכברים
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי למדוד את הפרש הפוטנציאלים האף בעכברים. הבדיקה מכמת את הפונקציה של יון transmembrane מובילים כגון המתקן מוליכות transmembrane סיסטיק פיברוזיס, תעלת נתרן אפיתל. זה חשוב כדי להעריך את היעילות של טיפולים חדשניים סיסטיק פיברוזיס.
Abstract
הבדיקה הפרש פוטנציאל האף שימש כמעט שלושה עשורים כדי לסייע באבחון של סיסטיק פיברוזיס (CF). זה הוכיח להיות מועיל במקרים של הקלוש, oligo – או מונו-צורות סימפטומטי של CF מאובחן בדרך כלל בשלב מאוחר בחיים ועל הפרעות הקשורות CF כגון היעדרות הדו-צדדיים מולדות של צינור הזרע, אידיופטית דלקת לבלב כרונית, אלרגיות bronchopulmonary aspergillosis, ברונכיאקטזיס. הגדרות קלינית והן פרה, המבחן שימש סמן כדי לכמת את התגובות יישוב אסטרטגיות טיפוליות עבור עדכון טווח CF. הבדיקה כדי עכבר הוא מאתגר, יכולה להצריך של התמותה המשויך. מאמר זה מתאר את העומק נאותה של הרדמה נדרש לשמור עם קטטר האף בחיי עיר עבור זלוף רציפה. זה פירוט צעדים כדי למנוע broncho-השאיפה של פתרונות perfused באף. הוא גם מתאר את הטיפול בבעלי חיים בסוף הבדיקה, כולל ניהול של שילוב של נוגדנים תרופות הרדמה, מובילים במהירות להחזרתם ההרדמה עם שחזור מלא של בעלי החיים. נציג נתונים שהושגו CF, עכבר פראי-סוג מראים כי המבחן מפלה בין CF ו- CF. בסך הכל, הפרוטוקול המתואר כאן מאפשר מדידות אמין למעמד הפונקציונאלי של מובילי הנתרן הכלוריד הטרנס-אפיתל בעכברים נושם באופן ספונטני, כמו גם בדיקות מרובות של אותה חיה תוך צמצום הקשורות מבחן התמותה.
Introduction
כמעט שלושה עשורים, מדידות הפרש (PD) פוטנציאל חשמלי שימשו כדי להעריך את המצב פונקציונלי של מובילי יון transmembrane באים לביטוי עם רירית האף, כנציג של דרכי הנשימה דיסטלי1. מאחר דינמי רב-שלבי בוחן2,3, אפי PD מאפשר ניתוח תפקודי של סיסטיק פיברוזיס Transmembrane מוליכות הרגולטור (CFTR) ופעילות ערוץ (ENaC) נתרן אפיתל, שניהם מקומי על הממברנות הפסגה של תאים אפיתל, מתאמצת לקבל תפקידים חיוניים בהידרציה פני דרכי הנשימה. היישום הקליני העיקריים של הבדיקה PD האף היא לסייע באבחון של CF, הפרעה גנטית קטלנית הנפוץ ביותר באוכלוסיות לבנה עם שכיחות ממוצע של 1 מתוך 2500 לידות חי בארצות אירופה. המבחן הוכיח זמן לעזור באבחון של הקלוש, oligo – או מונו-צורות סימפטומטי של CF מאובחן בדרך כלל בשלב מאוחר בחיים ועל הפרעות הקשורות CF כגון היעדרות הדו-צדדיים מולדות של צינור הזרע, אידיופטית דלקת לבלב כרונית, אלרגיות bronchopulmonary aspergillosis, ברונכיאקטזיס4. לאחרונה, הערכת clinometric אפנון טיפולית של CFTR בסיסי פגם5,6,7,8,9,10,11 ,12,13,14,15,16 עשה שימוש המשטרה באף בניסויים קליניים של טיפולים חדשים CF. בהגדרה פרה, הותאם במבחן העכבר17 כדי לאפשר חקירה של bioactivity של חדש CF היעד טיפולים18,19,20,21. בעכברים, הטכניקה היא עדינה, בהתבסס על הבדלים אנטומיים הקשורות מינים בגודל של אזור האף, בין מכרסמים ובני אדם, בעיקר את התפקיד החיוני של תשומות חושים אזור nasofacial מכרסמים. זה דורש מפעילי מאומנים ומיומנים, אספקה וציוד ייעודי.
CF היא הפרעה רב מערכתי של בלוטות אקסוקרינית, במחלת נשימה כרונית אשר חולש על תמונה קלינית. המחלה נגרמת על ידי מוטציות בגן קידוד מחזורית של אדנוזין monophosphate (מחנה)-מוסדר CFTR כלוריד ערוץ22. עד כה, כבר יותר מ-2,000 CFTR מוטציות מזוהה23. הנפוץ ביותר מוטציה24,25, שנמצאו כמעט 90% של אללים CF, מקביל מחיקה של פנילאלנין מיקום 508 של פוליפפטיד של החלבון (F508del-CFTR). החלבון CFTR הוא ערוץ כלוריד מוליכות קטן ohmic גרידא. יש גם ראיות רבות CFTR מווסת את התחבורה מנגנונים אחרים, בפרט, ENaC26,27. התחבורה פגומה אלקטרוליט, כולל מופחתת תלויי-CFTR כלוריד מוליכות ומוליכות מוגברת של נתרן תלויי-ENaC, מהווה סימן היכר של CF epithelia. הפגם לשעבר בא לידי ביטוי על ידי רה-מופחתת או ביטל פולריזציה בתגובה אלקטרוכימי בזרימת כלוריד הדרגתיות העדפה וגם תוספת של isoprenaline (אגוניסט β adrenergic המגבירה מחנה תאיים) או forskolin (אדנילאט cyclase אגוניסט, לא אושרה לשימוש קליני). הפגם השני משתקפת של hyperpolarization הבסיס של רירית האף (PD שליליים יותר) והתגובה מוגברת של amiloride, תרופה משתן חוסם ENaC28.
CF העכבר שימשו לעיתים קרובות במחקר CF ומודלים לא תסולא בפז בניתוח CF פתולוגיה. כיום, לפחות 15 דגמים כבר מתואר29, שלושה מהם נמצאים homozygous עבור הרלוונטיות ביותר קלינית F508del מוטציה30,31,32. אחד אלה זנים שלוש30, שפותחה ב אוניברסיטת ארסמוס ברוטרדם, שימש במשך כמעט 20 שנה במעבדות אוניברסיטת catholique דה בלוביין (UCL). Cftrtm1Eur דגם30 הוכיחה להיות שימושי מאוד ללמוד פתופיזיולוגיה multiorgan של מחלות CF, כדי לבדוק את היעילות של אסטרטגיות טיפוליות18,19,החדש20, 21. עלולות להתרחש בעיות רבות במהלך או מוקדם לאחר (< 24 שעות ביממה) הבדיקה PD האף בעכברים. בנייר זה, מתוארים העומק נאותה של הרדמה הדרושה של קטטר האף בחיי עיר זלוף רציפה, אמצעים כדי להימנע broncho-השאיפה של פתרונות perfused באף. הטיפול בבעלי חיים בסוף המבחן הוא גם כמתואר לעיל, כולל ניהול של שילוב של נוגדנים של הרדמה, מובילים במהירות להחזרתם ההרדמה עם התאוששות מלאה של בעלי החיים. בסך הכל, הליכים אלה מאפשרים מדידות אמין באופן ספונטני נשימה עכברים, התמותה הקשורות מבחן מופחתת, חוזרים לבדוק את אותה חיה. נציג נתונים המתקבלים במבחן PD האף ב- CF וב -עכבר פראי-סוג שמוצג ודן.
פרוטוקול מאתר משטרת באף מבחן הוא דיווח בהפעלות 3: הערכת וניהול לפני, במהלך, ואחרי הבדיקה. Pre-test הערכה וניהול, הפרוטוקול של הכנה של הקטטר האף לומן כפול ושל פתרונות לשימוש רציף זלוף האף מתואר בפירוט. במהלך ההערכה ואת ניהול חלקים של הבדיקה, את הגדרת הניסוי והטיפול של העכבר הוא מסוגל גזור. לבסוף, ניהול של בעל, בסוף הבדיקה מתואר לשיפור התאוששות מלאה בבעלי חיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מטרת המאמר היא לתאר את פרוטוקול נאותה למדידת PD באף תחת זלוף רציפה של פתרונות בעכברים באופן ספונטני נשימה עבור משך הזמן הדרוש לבדיקת השלמות של יון מובילים, בעיקר CFTR, ENaC. כל השלבים של הפרוטוקול מוטבו בקפידה כדי להבטיח התאוששות מלאה בבעלי חיים, איכות טובה, לשחזור נתונים. בשלבים מסוים, קריטיים ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים תודה פרופסור ג’יי Lebacq לעריכה באופן ביקורתי את כתב היד. Cftrtm1Eur (homozygous F508del-CFTR (FVB/129) עכברים פותחו על-ידי MC ארסמוס, רוטרדם, הולנד, עם התמיכה של הקהילה הכלכלית האירופית פעולה תיאום האירופית לחקר FP6 האיחוד האירופי סיסטיק פיברוזיס LHHM-CT-2005-018932.
Materials
| Portex polyethylene tube | Smiths Medical, Hythe, Kent, England CT21 6JL | Portex 800/100/500;2.0mm ID, 3.0 mmOD | to prepare capillary tubes for nasal probe |
| Electrode cream | Parker, Fairfield, NJ, USA | Redux cream | to build electrode bridges |
| Ag/AgCl electrodes | Biomedical, Clinton Township, MI, USA | JNS BNT131-1,0 | measuring and reference electrodes |
| amiloride hydrochloride | Sigma, St Louis, MI, USA | A7410 | to prepare perfusion solutions |
| forskolin | Sigma, St Louis, MI, USA | F6886 | to prepare perfusion solutions |
| Knick Portamess voltmeter | Elektronisch Meβgeräte, Berlin, Germany | Portavo 904 pH | to measure potential difference |
| Paraly SW 112 Software | Elektronisch Meβgeräte, Berlin, Germany | Paraly SW112 software | to capture potential difference data |
| midazolam | Mylan, Hoeilaart, Belgium | Dormicum 15mg/3ml | to serve as anaesthetic premedication |
| fentanyl | Janssen Cilag, Berchem, Belgium | Fentanyl-Janssen 0.05 mg/ml | to serve as anaesthetic medication |
| medetomidine | Orion Pharma, Espoo, Finland | Domitor 1 mg/ml | to serve as anaesthetic medication |
| droperidol | Janssen Cilag, Berchem, Belgium | Dehydrobenzperidol 2.5 mg/ml | to serve as anaesthetic medication |
| clonidine | Boehringer Ingelheim Pharma KG, Ingelheim am Rhein, Germany | Catapressan 0.15 mg/ml, | to serve as anaesthetic medication |
| refernce IV catheter | Becton Dickinson, Sandy, UT, USA | 24 GA x 0.75 IN, BD Insyte-W | to build electrode bridges |
| forceps | Fine science Tools, Heidelberg, Germany | Dumont #5, Fine science Tools | to place the nasal catheter |
| naloxone | Braun Medical, Brussels, Belgium | Narcan, 0.4 mg/ml | to serve as anaesthetic antagonist |
| atipamezole | Zoetis, Bloomberg, Belgium | Antisedan, 5 mg/ml | to serve as a medetomedine specific antidote |
| Heating pads | Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA | 18,8×37,5 cm; 15,5×15,5 cm | to avoid hypothermia during and after the test |
| Peristaltic pump P1 | GE Life Sciences, Uppsala, Sweden | 18111091 | to perfuse solutions in the mouse nose |
| cyanoacrylate glue | Loctite, Henkel, Düsseldorf, Germany | super glue 3 | to glue together two capillary tubes for nasal probe |
| NaCl | Sigma, St Louis, MI, USA | RES0926S-A7 | Pharma-Grade, USP |
| CaCl2.2H2O | Sigma, St Louis, MI, USA | M7304 | Pharma-Grade, USP |
| MgCl2.6H2O | Sigma, St Louis, MI, USA | 1551128 | Pharma-Grade, USP |
| K2HPO4 | Sigma, St Louis, MI, USA | 1551139 | Pharma-Grade, USP |
| Na gluconate | Sigma, St Louis, MI, USA | S2054 | Pharma-Grade, USP |
| Ca gluconate | Sigma, St Louis, MI, USA | C8231 | Pharma-Grade, USP |
| MgSO4.7H2O | Sigma, St Louis, MI, USA | RES0089M-A7 | Pharma-Grade, USP |
| BD needle | Becton Dickinson, Franklin Lakes, USA | BD 26G (0.45×10 mm) | intraperitoneal injection |
References
- Knowles, M., Gatzy, J., Boucher, R. Increased bioelectric potential difference across respiratory epithelia in cystic fibrosis. New England Journal of Medicine. 305 (25), 1489-1495 (1981).
- Middleton, P. G., Geddes, D. M., Alton, E. F. W. Protocols for in vivo measurement of the ion transport defects in cystic fibrosis nasal epithelium. European Respiratory Journal. 7 (11), 2050-2056 (1994).
- Knowles, M. R., Paradiso, A. M., Boucher, R. C. In vivo nasal potential difference: techniques and protocols for assessing efficacy of gene transfer in cystic fibrosis. Human Gene Therapy. 6 (4), 445-455 (1995).
- Paranjape, S. M., Zeitlin, P. L. Atypical cystic fibrosis and CFTR-related disorders. Clinical Reviews in Allergy & Immunology. 35 (3), 116-123 (2008).
- Wilschanski, M., et al. A pilot study of the effect of gentamicin on nasal potential difference measurements in CF patients carrying stop mutations. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 161 (3), 860-865 (2000).
- Clancy, J. P., et al. Evidence that systemic gentamicin suppresses premature stop mutations in patients with CF. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 163 (7), 1683-1692 (2001).
- Wilschanski, M., et al. Gentamicin-induced correction of CFTR function in patients with CF and CFTR stop mutations. New England Journal of Medicine. 349 (15), 1433-1441 (2003).
- Sermet-Gaudelus, I., et al. In vitro prediction of stop-codon suppression by intravenous gentamicin in patients with CF: a pilot study. BMC Medicine. 5, 5 (2007).
- Clancy, J. P., et al. No detectable improvements in CF transmembrane conductance regulator by nasal aminoglycosides in patients with CF with stop mutations. American Journal of Respiratory and Cell Molecular Biology. 37 (1), 57-66 (2007).
- Kerem, E., et al. Effectiveness of PTC124 treatment of CF caused by nonsensemutations: a prospective phase II trial. Lancet. 372 (9640), 719-727 (2008).
- Sermet-Gaudelus, I., et al. Ataluren (PTC124) induces CF transmembrane conductance regulator protein expression and activity in children with nonsense mutation CF. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 182 (10), 1262-1272 (2010).
- Wilschanski, M., et al. Chronic ataluren (PTC124) treatment of nonsense mutation cystic fibrosis. European Respiratory Journal. 38 (1), 59-69 (2011).
- Accurso, F. J., et al. Effect of VX-770 in persons with CF and the G551D-CFTR mutation. New England Journal of Medicine. 363 (21), 1991-2003 (2010).
- Clancy, J. P., et al. Results of a phase IIa study of VX-809, an investigational CFTR corrector compound, in subjects with cystic fibrosis homozygous for the F508del-CFTR mutation. Thorax. 67 (1), 12-18 (2012).
- Leonard, A., Lebecque, P., Dingemanse, J., Leal, T. A randomized placebo-controlled trial of miglustat in cystic fibrosis based on nasal potential difference. Journal of Cystic Fibrosis. 11 (3), 231-236 (2012).
- De Boeck, K., et al. CFTR biomarkers: time for promotion to surrogate end-point. European Respiratory Journal. 41, 203-216 (2013).
- Leal, T., et al. Successful protocol of anaesthesia for measuring transepithelial nasal potential difference in spontaneously breathing mice. Laboratory Animals. 40 (1), 43-52 (2006).
- Lubamba, B., et al. Preclinical evidence that sildenafil and vardenafil activate chloride transport in cystic fibrosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 177 (5), 506-515 (2008).
- Lubamba, B., et al. Airway delivery of low-dose miglustat normalizes nasal potential difference in F508del cystic fibrosis mice. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 179 (11), 1022-1028 (2009).
- Lubamba, B., et al. Inhaled PDE5 inhibitors restore chloride transport in cystic fibrosis mice. European Respiratory Journal. 37 (1), 72-78 (2011).
- Vidovic, D., et al. rAAV-CFTRΔR Rescues the Cystic Fibrosis Phenotype in Human Intestinal Organoids and Cystic Fibrosis Mice. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 193 (3), 288-298 (2016).
- Stutts, M. J., et al. CFTR as a cAMP-dependent regulator of sodium channels. Science. 269 (5225), 847-850 (1995).
- Lubamba, B., Dhooghe, B., Noel, S., Leal, T. Cystic fibrosis: insight into CFTR pathophysiology and pharmacotherapy. Clinical Biochemistry. 45 (15), 1132-1144 (2012).
- Kerem, B., et al. Identification of the cystic fibrosis gene: genetic analysis. Science. 245 (4922), 1073-1080 (1989).
- Riordan, J. R., et al. Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science. 245 (4925), 1066-1073 (1989).
- Stutts, M. J., Rossier, B. C., Boucher, R. C. Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator inverts protein kinase A-mediated regulation of epithelial sodium channel single channel kinetics. Journal of Biological Chemistry. 272 (22), 14037-14040 (1997).
- Ismailov, I. I., et al. Regulation of epithelial sodium channels by the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator. Biological Chemistry. 271 (9), 4725-4732 (1996).
- Althaus, M. ENaC inhibitors and airway re-hydration in cystic fibrosis: state of the art. Current Molecular Pharmacology. 6 (1), 3-12 (2013).
- Wilke, M., et al. Mouse models of cystic fibrosis: phenotypic analysis and research applications. Journal of Cystic Fibrosis. 10, 152-171 (2011).
- Van Doorninck, J. H., et al. A mouse model for the cystic fibrosis delta F508 mutation. The EMBO Journal. 14 (18), 4403-4411 (1995).
- Colledge, W. H., et al. Generation and characterization of a delta F508 cystic fibrosis mouse model. Nature Genetics. 10 (4), 445-452 (1995).
- Zeiher, B. G., et al. A mouse model for the delta F508 allele of cystic fibrosis. Journal of Clinical Investigation. 96 (4), 2051-2064 (1995).
- Ghosal, S., Taylor, C. J., McGray, J. Modification of the nasal membrane potential difference with inhaled amiloride and loperamide in the cystic fibrosis (CF) mouse. Thorax. 51 (12), 1229-1232 (1996).
- Ghosal, S., Taylor, C. J., Colledge, W. H., Ratcliff, R., Evans, M. J. Sodium channel blockers and uridine triphosphate: effects on nasal potential difference in cystic fibrosis mice. European Respiratory Journal. 15 (1), 146-150 (2000).
- Leonard, A., et al. Comparative Variability of Nasal Potential Difference Measurements in Human and Mice. Open Journal of Respiratory Disease. 2, 43-56 (2012).
- Tannenbaum, J., Bennett, B. T. Russell and Burch’s 3Rs then and now: the need for clarity in definition and purpose. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (2), 120-132 (2015).
- Pritchett-Corning, K. R., et al. AALAS/FELASA Working Group on Health Monitoring of rodents for animal transfer. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (6), 633-640 (2014).
- Salinas, D. B., et al. CFTR involvement in nasal potential differences in mice and pigs studied using a thiazolidinone CFTR inhibitor. American Journal of Physiology. Lung Cell Molecular Physiology. 287 (5), 936-943 (2004).
- Fisher, J. T., et al. Comparative processing and function of human and ferret cystic fibrosis transmembrane conductance regulator. Journal of Biological Chemistry. 287 (26), 21673-21685 (2012).
- Kaza, N., et al. Use of ferrets for electrophysiologic monitoring of ion transport. PLoS One. 12 (10), 0186984 (2017).
- Leal, T., Beka, M., Panin, N., Mall, M. A., Noel, S. Nasal potential difference in βENaC-overexpressing mouse reveals pH-sensitive channel hyperactivity and shift of subunits stoichiometry. Journal of Cystic Fibrosis. 16 (S1), 72 (2017).
- Mall, M., Grubb, B. R., Harkema, J. R., O’Neal, W. K., Boucher, R. C. Increased airway epithelial Na+ absorption produces cystic fibrosis-like lung disease in mice. Nature Medicine. 10 (5), 487-493 (2004).
- Shah, V. S., et al. Airway acidification initiates host defense abnormalities in cystic fibrosis mice. Science. 351 (6272), 503-507 (2016).
