חשיפה לעשן סיגריות בעכברים באמצעות מערכת שאיפה לכל הגוף
Summary
פרוטוקול זה מדגים את המחקר של ההשפעות הפתופיסיולוגיות של עשן סיגריות (CS) עם מערכת חשיפה לכל הגוף (WBIS) (WBIS) מובנית בתוך הבית. מערכת זו יכולה לחשוף בעלי חיים CS בתנאים חוזרים מבוקרים למחקר של השפעות בתיווך CS על אמפיזמה ריאות hematopoiesis.
Abstract
בשנת 2018 דווח כי קרוב ל-14% מהמבוגרים בארצות הברית מעשנים סיגריות. ההשפעות של עשן סיגריות (CS) על ריאות ומחלות לב וכלי דם נחקרו באופן נרחב, עם זאת, ההשפעה של CS ברקמות ואיברים אחרים כגון דם ומח עצם נשארים מוגדרים לחלוטין. מציאת המערכת המתאימה כדי ללמוד את ההשפעות של CS במכרסמים יכול להיות יקר באופן אוסרני ודורש רכישה של מערכות זמינות מסחרית. לכן, יצאנו לבנות מערכת סבירה, אמינה ורב-תכליתית כדי לחקור את ההשפעות הפתולוגיות של CS בעכברים. מערך זה של חשיפה לשאיפה בכל הגוף (WBIS) מחקה את הנשימה והנפיחות של סיגריות על ידי חשיפה לסירוגין ל- CS ואוויר נקי. כאן אנו מראים כי מערכת עשה זאת בעצמך (DIY) זו גורם דלקת בדרכי הנשימה ואמפיזמה ריאות בעכברים לאחר 4 חודשים של חשיפה לעשן סיגריות. ההשפעות של שאיפת כל הגוף (WBI) של CS על גזע hematopoietic ותאי אב (HSPCs) במח העצם באמצעות מנגנון זה מוצגים גם.
Introduction
עישון סיגריות נותר אחד הגורמים העיקריים למחלות הניתנות למניעה בארה”ב למרות הירידה המתמדת במספר המבוגרים המעשנים סיגריות ב -50-60 השניםהאחרונות 1. זה ידוע כי עישון קשור למחלות מרובות של הריאות והדם כולל מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD), קבוצה של מחלות הכוללת נפחת ברונכיטיס כרונית2,3,4. על פי המרכז לבקרת מחלות (CDC), בשנת 2014, COPD היה הגורם השלישי המוביל למוות בארצות הברית עם מעל 15 מיליון אמריקאים הסובלים ממחלה זו5.
CS גם נקשר לאחרונה עם סיכון גבוה יותר לפתח hematopoiesis שיבוט (CH)6,7, מצב שבו תא גזע hematopoietic יחיד מייצר באופן לא פרופורציונלי אחוז גדול של הדם ההיקפי של אדם. ממצא זה מצביע על קשר פוטנציאלי בין עישון לתפקוד מח עצם. בהתחשב בהשלכות הבריאותיות הנרחבות והמשמעותיות ביותר של CS ובהתחשב בכך שמודלים מוריניים של מחלות הם אבן יסוד בהתקדמות במחקר הביו-רפואי, כדאי לפתח מערכות יעילות ובמחיר סביר לדגם CS בעכברים.
כאן, אנו מספקים מדריך צעד אחר צעד לבניית מערכת סבירה לטיפול וללמוד את ההשפעות in vivo של CS על אמפיזמה ריאות והומאוסטזיס מח עצם. ההרכבה של ציוד זה אינו דורש מהמשתמש ידע מיוחד ובכך מאפשר הרכבה DIY.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן אנו מספקים את המידע הדרוש לבניית מנגנון עבור WBIS של עכברים ל- CS. לאחר התקנת המערכת, חשוב מאוד שהחוקרים יתכוילו את המערכת על סמך המינון המועבר של ניקוטין או קוטינין בבעלי חיים. המנגנון מכיל טיימר ומדדי לחץ שניתן להשתמש בהם להתאמת נפח נשיפת הסיגריות, תדירות נשיפה, תקופת חשיפה משולבת לעשן ו?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AR, XH ו- PE נתמכו על ידי מענק NIH R01HL140398 ומענק קרן גילסון לונגנבאו. DEMM ו- KK נתמכו על ידי מענקי NIH R01HL136333 ו- R01HL134880 (KYK), ומענק מקרן המחקר הרפואי הליס. DEMM נתמכת גם על ידי המכון הרפואי ע”ש הווארד יוז (HHMI) גיליאם למחקר מתקדם. PE נתמך גם על ידי הכשרה במדעי בריאות הסביבה דיוק NIEHS T32 ES027801 תוכנית מלגות. JC ו- MF נתמכים על ידי קרנות מחקר טבק מהמחלקה לאפיגנטיקה ומסרטן מולקולרי ועל ידי המרכז לאפיגנטיקה (פרס חוקר ל- MF) ב MD אנדרסון. FK ו- YZ נתמכים על ידי מענקי NIH R01 ES029442-01 ו- R01 AI135803-01 וכן מענק הצטיינות VA CX000104. פרויקט זה נתמך על ידי בסיס Cytometry וליבת מיון תאים במכללת ביילור לרפואה במימון פרס התמיכה במתקן הליבה של CPRIT (CPRIT-RP180672), ה- NIH (CA125123 ו- RR024574), וסיועו של יואל מ. סדרסטרום.
Materials
| 1 in fastener | Lowes | 756990 | |
| 1/4 in Barbed Y connector | VWR | 89093-282 | |
| 1/4 in straight tubing connector | VWR | 62866-378 | |
| 1/8 hex nipple | Lowes | 877221 | |
| 1/8 in threaded coupling fitting | Lowes | 877208 | |
| 1/8 in threaded male adapter nipple fitting | Lowes | 877243 | |
| 10/32 (M) threaded straight connector | Bimba | EB60 | |
| 3/4 in 90-degree elbow CPVC fitting | Lowes | 22643 | |
| 3/4 in chlorinated polyvinyl chloride (CPVC) pipe | Lowes | 23814 | |
| 3/4 in CPVC cap | Lowes | 23773 | |
| 3/4 in CPVC Drip irrigation female adapter | Lowes | 194629 | |
| 3/4 in diameter CPVC male adapter | Lowes | 23766 | |
| 8.5 L airtight container with lid (11.25in x 7.75in x 6 in) | Komax | N/A | Listed as "Komax Biokips Large Bread Box | (280-oz) Large Storage Container" |
| Glass drain tube (1.75 in diameter x 8 in length) | KIMAX | 6500 | |
| Isonic Solenoid Valves | Bimba | V2A02-AW1 | |
| Marlboro Red 100's | Marlboro | N/A | |
| Oxygen swivel barbed connector | Global Medical Solutions | RES002 | |
| Panasonic Timer LT4H-W | Panasonic | LT4HW | Item was built-in the valve controller by Shepherd Controls & Associates |
| Pressure regulator | Allied Electronics and Automation | 70600552 | Also listed as "Norgren R07-100-RGKA" |
| Rubber stopper # 1 (one hole) | VWR | 59581-163 | |
| Rubber stopper # 8.5 (one hole) | VWR | 59581-389 | |
| Scireq inExpose system | Scireq and Emka Technologies | N/A | Commercial system used for comparison with our DIY WBIS |
| Straight barbed fitting (8mm opening) | VWR | 10028-872 | |
| Thread Sealant tape | Lowes | 1184243 | |
| Threaded port adaptor | Bimba | P1SA1 | |
| Timeter Aridyne 2000 Medical Air Compressor | MFI Medical | AHC-TE20 | |
| Timeter flowmeter | Allied Healthcare Products | 15006-03YP2 | Also listed as "Puritan Air Meter" |
| Valve Control system | Shepherd Controls and Associates | N/A | Company custom designed the valve control system for this model. |
| Vinyl pipes | Vitality Medical | RES3007 |
References
- Current Cigarette Smoking Among Adults in the United States. Center for Disease Control and Prevention Available from: https://www.cdc.gov/tobacco/data_statistics/fact_sheets/adult_data/cig_smoking/index.htm (2018)
- Salvi, S. Tobacco smoking and evironmental risk factors for chronic obstructive pulmonary disease. Clinics in Chest Medicine. 35, 17-27 (2014).
- Sunyer, J., et al. Longitudinal relation between smoking and white blood cells. American Journal of Epidemiology. 144, 734-741 (1996).
- Freedman, D. S., Flanders, D., Barboriak, J. J., Malarcher, A. M., Gates, L. Cigarette smoking and leukocyte subpopulations in men. Annals of Epidemiology. 6, 299-306 (1996).
- Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD). Center for Disease Control and Prevention Available from: https://www.cdc.gov/copd/basics-about.html (2019)
- Genovese, G., et al. Clonal hematopoiesis and blood-cancer risk inferred from blood DNA sequence. New England Journal of Medicine. , (2014).
- Steensma, D. P. Clinical implications of clonal hematopoiesis. Mayo Clinic Proceedings. 93, 1122-1130 (2018).
- Tobacco. Federal Trade Comission Available from: https://www.ftc.gov/tips-advice/business-center/selected-industries/tobacco (2020)
- 3R4F Cigarettes. University of Kentucky – College of Agriculture Food and Environment Available from: https://ctrp.uky.edu/products/gallery/Reference (2020)
- Shan, M., et al. Cigarette smoke induction of osteopontin (SPP1) mediates T H 17 inflammation in human and experimental emphysema. Science Translational Medicine. 4, 1-10 (2012).
- Yuan, X., et al. Activation of C3a receptor is required in cigarette smoke-mediated emphysema. Nature Mucosal Immunology. 8, 874-885 (2014).
- Yuan, X., et al. Cigarette smoke – induced reduction of C1q promotes emphysema. JCI Insight. 4, 1-17 (2019).
- Shan, M., et al. Agonistic induction of PPAR g reverses cigarette smoke – induced emphysema Find the latest version: Agonistic induction of PPAR γ reverses cigarette smoke – induced emphysema. Journal of Clinical Investigation. 124, 1371-1381 (2014).
- Hong, M. J., et al. Protective role of gd T cells in cigarette smoke and influenza infection. Nature Mucosal Immunology. 11, 834-908 (2018).
- Kim, M., et al. Cigarette smoke induces intestinal inflammation via a Th17 cell-neutrophil axis. Frontiers in Immunology. 10, 1-11 (2019).
- Lu, W., et al. The microRNA miR-22 inhibits the histone deacetylase HDAC4 to promote T H 17 cell – dependent emphysema. Nature Immunology. 16, 1185-1194 (2015).
- Hendrix, A. Y., Kheradmand, F. . The Role of Matrix Metalloproteinases in Development, Repair, and Destruction of the Lungs. Progress in Molecular Biology and Translational Science. 148, (2017).
- Siggins, R. W., Hossain, F., Rehman, T., Melvan, J. N., Welsh, D. A. Cigarette smoke alters the hematopoietic stem cell niche. Med Sci. 2, 37-50 (2014).
- Kheradmand, F., You, R., Gu, B. H., Corry, D. B. Cigarette smoke and DNA cleavage promote lung inflammation and emphysema. Transactions of the American Clinical and Climatological Association. 128, 222-233 (2017).
- Ha, M. A., et al. Menthol attenuates respiratory irritation and elevates blood cotinine in cigarette smoke exposed mice. PLoS ONE. , 1-16 (2015).
- Moreno-Gonzalez, I., Estrada, L. D., Sanchez-Mejias, E., Soto, C. Smoking exacerbates amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nature Communications. 4, 1-10 (2013).
- Madison, M. C., et al. Electronic cigarettes disrupt lung lipid homeostasis and innate immunity independent of nicotine. Journal of Clinical Investigation. 129, 4290-4304 (2019).
