Inducerende acute Long blessure bij muizen door directe Intratracheal lipopolysaccharide instillatie
Summary
Hier gepresenteerd is een stap-voor-stap procedure om acute longschade in muizen induceren door directe intratracheal lipopolysaccharide instillatie en uit te voeren FACS analyse van bloedmonsters, bronchoalveolaire lavage vloeistof, en longweefsel. Minimale invasieve, eenvoudige handling, goede reproduceerbaarheid, en titratie van de ziekte ernst zijn voordelen van deze aanpak.
Abstract
Luchtweg toediening van lipopolysaccharide (LPS) is een veel voorkomende manier om longontsteking en acute longschade (ALI) studie in kleine diermodellen. Verschillende benaderingen zijn beschreven, zoals de inhalatie van vernevelde LP’S en nasale of intratracheal instillatie. Het gepresenteerde protocol beschrijft een gedetailleerde stap-voor-stap procedure om ALI te induceren in muizen door directe intratracheal LPS instillatie en uit te voeren FACS analyse van bloedmonsters, bronchoalveolaire lavage (BAL) vloeistof, en longweefsel. Na intraperitoneale sedatie, is de luchtpijp blootgesteld en LPS wordt toegediend via een 22 G veneuze katheter. Een robuuste en reproduceerbare inflammatoire reactie met leukocyten invasie, upregulering van proinflammatoire cytokines, en verstoring van de alveolo-capillaire barrière wordt geïnduceerd binnen enkele uren tot dagen, afhankelijk van de gebruikte LPS dosering. De inzameling van bloedsteekproeven, BAL vloeistof, en Long het oogsten, evenals de verwerking voor FACS analyse, worden beschreven in detail in het protocol. Hoewel het gebruik van de steriele LPS niet geschikt is om farmacologische interventies bij besmettelijke ziekten te bestuderen, biedt de beschreven aanpak minimale invasieve, eenvoudige handling en goede reproduceerbaarheid om mechanistische immunologische vragen te beantwoorden. Bovendien, dosis titratie, alsmede het gebruik van alternatieve LP’S preparaten of muis stammen kunnen modulatie van de klinische effecten, die kunnen vertonen verschillende graden van ALI ernst of vroege versus late begin van de ziektesymptomen.
Introduction
Experimentele diermodellen zijn onmisbaar in fundamenteel immuun onderzoek. Toediening van hele bacteriën of microbiële componenten is vaak gebruikt in kleine diermodellen om lokale of systemische ontsteking te induceren1. Lipopolysaccharide (LPS, of bacteriële endotoxine) is een component van de celwand en het Oppervlakteantigeen van gram-negatieve bacteriën (b.v., Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp., of Legionella spp.). De thermostable en grote molecule (molecuulgewicht 1-4 x 106 kDa) bestaat uit een lipide moiety (lipide a), kerngebied (oligosaccharide), en een o-polysaccharide (of o-antigeen). Lipide A, met zijn hydrofobe vetzuurketens, verankert het molecuul in een bacterieel membraan en bemiddelt (bij afbraak van bacteriën) de immunologische activiteit en de toxiciteit van LPS. Na binding aan de LPS bindende eiwitten (LBP), LPS: LBP complexen binden de CD14/TLR4/MD2 receptor complex gelegen op het oppervlak van vele soorten cellen, het induceren van een sterke proinflammatoire reactie met NF-κB nucleaire translocatie en latere upregulering van cytokine uitdrukking2.
Acute longschade (ALI) wordt gedefinieerd als acute hypoxemic respiratoir falen met bilaterale longoedeem in de afwezigheid van hartfalen3. Luchtweg toediening van LPS is een veel voorkomende manier om longontsteking en Ali4,5,6,7te induceren. Hoewel de steriele stof niet geschikt is om farmacologische interventies bij besmettelijke ziekten te bestuderen, kunnen mechanistische immunologische vragen met voldoende nauwkeurigheid worden beantwoord. Instillatie van LPS in de luchtpijp induceert een robuuste inflammatoire reactie met leukocyten invasie, upregulering van proinflammatoire cytokines, en verstoring van de alveolo-capillaire barrière binnen enkele uren tot dagen, afhankelijk van de LPS dosering3, 6,7.
Het gepresenteerde protocol beschrijft een gedetailleerde stap-voor-stap procedure om ALI te induceren in muizen door intratracheal LPS instillatie. Het model is gevalideerd door de beoordeling van cytokine-expressie, Neutrofiele granulocyt invasie, en intra-alveolaire albumine lekkage zoals eerder beschreven8.
Protocol
Representative Results
Discussion
Minimale invasieve, eenvoudige behandeling, en een goede reproduceerbaarheid zijn de belangrijkste kenmerken van de gepresenteerde aanpak om ALI te induceren in een klein knaagdier model. Het gebruik van LPS in plaats van hele bacteriën in diermodellen heeft voordelen. Het is een stabiele en zuivere verbinding en kan in gelyofiliseerde vorm tot gebruik worden opgeslagen. Het is een krachtige stimulans voor aangeboren immuunsysteem reacties via de TLR4 pathway, en de biologische activiteit kan gemakkelijk worden gekwanti…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen Jan kleiner en Susanne Schulz bedanken voor het verlenen van technische ondersteuning. De auteurs erkennen de uitstekende ondersteuning van de flow Cytometry core Facility aan de medische faculteit van de Universiteit van Bonn. De auteurs kregen geen financiering van een externe organisatie. Een deel van de gegevens in de resultaten sectie en afgebeeld in Figuur 3 is reeds getoond in een vorige publicatie8.
Materials
| 1 ml syringes | BD, Franklin Lakes, NJ, USA | 300013 | |
| 10 ml syringes | BD, Franklin Lakes, NJ, USA | 309110 | |
| Anti-CD115 (c-fms) APC | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | 17-1152-80 | |
| Anti-CD11b (M1/70) – FITC | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | 11-0112-81 | |
| Anti-CD45 (30-F11) – eF450 | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | 48-0451-82 | |
| Anti-F4/80 (BM-8) – PE Cy7 | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | 25-4801-82 | |
| Anti-Gr1 (RB6-8C5) | BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ, USA | 552093 | |
| Anti-Ly6C (HK1.4) PerCP-Cy5.5 | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | 45-5932-82 | |
| Anti-Ly6G (1A8) APC/Cy7 | Bio Legend, San Diego, CA | 127623 | |
| Buprenorphine hydrochloride | Indivior UK Limited, Berkshire, UK | ||
| C57BL/6 mice, female, 10 – 12 weeks old | Charles River, Wilmongton, MA, USA | ||
| CaliBRITE APC-beads (6µm) | BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ, USA | 340487 | |
| Canula 23 gauge 1'' | BD, Franklin Lakes, NJ, USA | 300800 | |
| Canula 26 gauge 1/2'' | BD, Franklin Lakes, NJ, USA | 303800 | |
| Cell strainer 70 µm | BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ, USA | 352350 | |
| Collagenase Type I | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 1148089 | |
| Deoxyribonuclease II | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | D8764 | |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (PBS), sterile | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | D8662 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (PBS), without calcium chloride and magnesium chloride, sterile | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | D8537 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) solution | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | E7889 | |
| FACS tubes, 5 ml | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 551579 | |
| Fetal calf serum (FCS) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | F2442 | |
| Forceps | Fine Science Tools, Heidelberg, Germany | 11049-10 | |
| Isoflurane | Baxter, Unterschleißheim, Germany | ||
| Ketamine hydrochloride | Serumwerk Bernburg, Bernburg, Germany | ||
| Lipopolysaccharides (LPS) from Escherichia coli O111:B4 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | L2630 | |
| LIVE/DEAD Fixable Dead Cell Green Kit | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | L23101 | |
| Purified Rat Anti-Mouse CD16/CD32 (Mouse BD Fc Block™), Clone 2.4G2 | BD, Franklin Lakes, NJ, USA | 553141 | |
| Red blood cell lysis buffer | Thermo Fisher, Waltham, MA, USA | 00-4333-57 | |
| RPMI-1640, with L-glutamine and sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | R8758 | |
| Scissors | Fine Science Tools, Heidelberg, Germany | 14060-09 | |
| Sodium azide (NaN3) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | S2002 | |
| Spring scissors | Fine Science Tools, Heidelberg, Germany | 15018-10 | |
| Tissue forceps | Fine Science Tools, Heidelberg, Germany | 11021-12 | |
| Tubes | Eppendorf, Hamburg, Germany | 30125150 | |
| Venous catheter, 22 gauge | B.Braun, Melsungen, Germany | 4268091B | |
| Xylazine hydrochloride | Serumwerk Bernburg, Bernburg, Germany |
References
- Fink, M. P. Animal models of sepsis. Virulence. 5 (1), 143-153 (2014).
- Lu, Y. -. C., Yeh, W. -. C., Ohashi, P. S. LPS/TLR4 signal transduction pathway. Cytokine. 42 (2), 145-151 (2008).
- Matute-Bello, G., Frevert, C. W., Martin, T. R. Animal models of acute lung injury. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (3), 379-399 (2008).
- Rabelo, M. A. E., et al. Acute Lung Injury in Response to Intratracheal Instillation of Lipopolysaccharide in an Animal Model of Emphysema Induced by Elastase. Inflammation. 41 (1), 174-182 (2018).
- Liu, F., Li, W., Pauluhn, J., Trübel, H., Wang, C. Lipopolysaccharide-induced acute lung injury in rats: comparative assessment of intratracheal instillation and aerosol inhalation. Toxicology. 304, 158-166 (2013).
- Rittirsch, D., et al. Acute Lung Injury Induced by Lipopolysaccharide Is Independent of Complement Activation. Journal of Immunology. 180 (11), 7664-7672 (2008).
- D’Alessio, F. R., et al. CD4+CD25+Foxp3+ Tregs resolve experimental lung injury in mice and are present in humans with acute lung injury. The Journal of Clinical Investigation. 119 (10), 2898-2913 (2009).
- Ehrentraut, H., Weisheit, C., Scheck, M., Frede, S., Hilbert, T. Experimental murine acute lung injury induces increase of pulmonary TIE2-expressing macrophages. Journal of Inflammation. 15, 12 (2018).
- Szarka, R. J., Wang, N., Gordon, L., Nation, P. N., Smith, R. H. A murine model of pulmonary damage induced by lipopolysaccharide via intranasal instillation. Journal of Immunological Methods. 202 (1), 49-57 (1997).
- Reutershan, J., Basit, A., Galkina, E. V., Ley, K. Sequential recruitment of neutrophils into lung and bronchoalveolar lavage fluid in LPS-induced acute lung injury. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 289 (5), 807-815 (2005).
- Hoegl, S., et al. Capturing the multifactorial nature of ARDS – approach to model murine acute lung injury. Physiological Reports. 6 (6), (2018).
- Weisheit, C., et al. Ly6Clow and Not Ly6Chigh Macrophages Accumulate First in the Heart in a Model of Murine Pressure-Overload. PLoS ONE. 9 (11), (2014).
- Grommes, J., Soehnlein, O. Contribution of Neutrophils to Acute Lung Injury. Molecular Medicine. 17 (3-4), 293-307 (2011).
- Müller-Redetzky, H. C., Suttorp, N., Witzenrath, M. Dynamics of pulmonary endothelial barrier function in acute inflammation: mechanisms and therapeutic perspectives. Cell and Tissue Research. 355 (3), 657-673 (2014).
- Fujita, M., et al. Endothelial cell apoptosis in lipopolysaccharide-induced lung injury in mice. International Archives of Allergy and Immunology. 117 (3), 202-208 (1998).
- Doyen, V., et al. Inflammation induced by inhaled lipopolysaccharide depends on particle size in healthy volunteers. British Journal of Clinical Pharmacology. 82 (5), 1371-1381 (2016).
- Stephens, R. S., Johnston, L., Servinsky, L., Kim, B. S., Damarla, M. The tyrosine kinase inhibitor imatinib prevents lung injury and death after intravenous LPS in mice. Physiological Reports. 3 (11), (2015).
- Yu, Y., Jing, L., Zhang, X., Gao, C. Simvastatin Attenuates Acute Lung Injury via Regulating CDC42-PAK4 and Endothelial Microparticles. Shock. 47 (3), 378-384 (2017).
