Induzieren akute Lungenschädigung bei Mäusen durch direkte intratracheale Lipopolysaccharid-Instillation
Summary
Hier wird ein Schrittweiseverfahren vorgestellt, um akute Lungenverletzungen bei Mäusen durch direkte intratracheale Lipopolysaccharid-Instillation zu induzieren und FACS-Analysen von Blutproben, Bronchoalveolar-Spülflüssigkeit und Lungengewebe durchzuführen. Minimale Invasivität, einfache Handhabung, gute Reproduzierbarkeit und Titration der Schwere der Erkrankung sind Vorteile dieses Ansatzes.
Abstract
Die Atemwegsverabreichung von Lipopolysaccharid (LPS) ist eine häufige Möglichkeit, Lungenentzündungen und akute Lungenverletzungen (ALI) in Kleintiermodellen zu untersuchen. Es wurden verschiedene Ansätze beschrieben, wie das Einatmen von aerosolisiertem LPS sowie die nasale oder intratracheale Instillation. Das vorgestellte Protokoll beschreibt ein detailliertes Schritt-für-Schritt-Verfahren, um ALI bei Mäusen durch direkte intratracheale LPS-Instillation zu induzieren und FACS-Analysen von Blutproben, Bronchoalveolader-Flüssigkeit (BAL) und Lungengewebe durchzuführen. Nach intraperitonealer Sedierung wird die Luftröhre exponiert und LPS wird über einen 22 G Venenkatheter verabreicht. Eine robuste und reproduzierbare Entzündungsreaktion mit Leukozyten-Invasion, Upregulation von proinflammatorischen Zytokinen und Störung der Alveolo-Kapillarbarriere wird innerhalb von Stunden bis Tagen induziert, abhängig von der verwendeten LPS-Dosierung. Die Entnahme von Blutproben, BAL-Flüssigkeit und Lungenernte sowie die Verarbeitung für die FACS-Analyse werden im Protokoll ausführlich beschrieben. Obwohl die Verwendung des sterilen LPS nicht geeignet ist, pharmakologische Interventionen bei Infektionskrankheiten zu untersuchen, bietet der beschriebene Ansatz minimale Invasivität, einfache Handhabung und gute Reproduzierbarkeit, um mechanistische immunologische Fragen zu beantworten. Darüber hinaus ermöglichen die Dosistitration sowie die Verwendung alternativer LPS-Präparate oder Mausstämme die Modulation der klinischen Wirkungen, die unterschiedliche Ali-Schweregrade oder einen frühen vs. späten Beginn von Krankheitssymptomen aufweisen können.
Introduction
Experimentelle Tiermodelle sind in der Grundlegenden Immunforschung unverzichtbar. Die Verabreichung ganzer Bakterien oder mikrobieller Komponenten wurde häufig in Kleintiermodellen verwendet, um lokale oder systemische Entzündungen auszulösen1. Lipopolysaccharid (LPS, oder bakterielles Endotoxin) ist eine Zellwandkomponente und Oberflächenantigen von gramnegativen Bakterien (z. B. Enterobacteriaceae, Pseudomonas spp., oder Legionella spp.). Das thermostabile und große Molekül (Molekulargewicht 1-4 x 106 kDa) besteht aus einem Lipidanteil (Lipid A), einem Kernbereich (Oligosaccharid) und einem O-Polysaccharid (oder O-Antigen). Lipid A mit seinen hydrophoben Fettsäureketten verankert das Molekül in einer bakteriellen Membran und vermittelt (nach Abbau von Bakterien) die immunologische Aktivität und Toxizität von LPS. Nach Bindung an das LPS-Bindungsprotein (LBP) ligaieren LPS:LBP-Komplexe den CD14/TLR4/MD2-Rezeptorkomplex, der sich auf der Oberfläche vieler Zelltypen befindet, was eine starke proinflammatorische Reaktion bei NF-B-Kerntranslokation und anschließender Upregulation zytokinexpression2.
Akute Lungenverletzung (ALI) ist definiert als akute hypoxemische Ateminsuffizienz mit bilateralem Lungenödem ohne Herzinsuffizienz3. Atemwegsverwaltung von LPS ist ein üblicher Weg, um Lungenentzündung und ALI4,5,6,7zu induzieren. Obwohl die sterile Substanz nicht geeignet ist, pharmakologische Interventionen bei Infektionskrankheiten zu untersuchen, können mechanistische immunologische Fragen mit ausreichender Genauigkeit beantwortet werden. Die Instillation von LPS in die Luftröhre induziert eine robuste Entzündungsreaktion mit Leukozyten-Invasion, Upregulation von proinflammatorischen Zytokinen und Störung der Alveolo-Kapillarbarriere innerhalb von Stunden bis Tagen, abhängig von der LPS-Dosierung3, 6,7.
Das vorgestellte Protokoll beschreibt ein detailliertes Schritt-für-Schritt-Verfahren, um ALI bei Mäusen durch intratracheale LPS-Instillation zu induzieren. Das Modell wurde durch die Bewertung der Zytokinexpression, der neutrophilen Granulozyteninvasion und der intraalveolaren Albumin-Leckage wie zuvor beschrieben8validiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Minimale Invasivität, einfache Handhabung und gute Reproduzierbarkeit sind die Hauptmerkmale des vorgestellten Ansatzes, ALI in einem kleinen Nagetiermodell zu induzieren. Die Verwendung von LPS anstelle ganzer Bakterien in Tiermodellen hat Vorteile. Es ist eine stabile und reine Verbindung und kann in lyophilisierter Form bis zur Verwendung gespeichert werden. Es ist ein starkes Stimulans für angeborene Immunantworten über den TLR4-Signalweg, und seine biologische Aktivität kann leicht quantifiziert werden, was die …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Jan Kleiner und Susanne Schulz für die technische Unterstützung. Die Autoren würdigen die hervorragende Unterstützung der Durchfluss-Zytometrie-Kernanlage an der medizinischen Fakultät der Universität Bonn. Die Autoren erhielten keine Finanzielle von einer externen Organisation. Ein Teil der im Ergebnisabschnitt angegebenen und in Abbildung 3 dargestellten Daten wurde bereits in einer früheren Veröffentlichung8dargestellt.
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 |
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