En silikosemodel med mus etableret ved gentagen indånding af krystallinsk silikatstøv
Summary
Denne protokol beskriver en metode til etablering af en musemodel af silikose gennem gentagen eksponering for silicasuspensioner via et næsedrop. Denne model kan effektivt, bekvemt og fleksibelt efterligne den patologiske proces af human silikose med høj repeterbarhed og økonomi.
Abstract
Silikose kan skyldes udsættelse for respiratorisk krystallinsk silicastøv (CSD) i et industrielt miljø. Patofysiologi, screening og behandling af silikose hos mennesker er alle blevet grundigt undersøgt ved hjælp af musesilikosemodellen. Ved gentagne gange at få mus til at inhalere CSD i lungerne kan musene efterligne de kliniske symptomer på human silikose. Denne metode er praktisk og effektiv med hensyn til tid og output og forårsager ikke mekanisk skade på det øvre luftveje på grund af kirurgi. Desuden kan denne model med succes efterligne akut/kronisk transformationsproces af silikose. De vigtigste procedurer var følgende: Det steriliserede 1-5 μm CSD-pulver blev fuldt malet, suspenderet i saltvand og dispergeret i et ultralydsvandbad i 30 minutter. Mus under isofluran-induceret anæstesi skiftede fra lav hurtig vejrtrækning til dyb, langsom aspiration i ca. 2 s. Musen blev placeret i håndfladen, og tommelfingerspidsen rørte forsigtigt læbekanten af musens kæbe for at rette luftvejene. Efter hver udånding indåndede musene silicasuspensionen dråbe for dråbe gennem et næsebor og afsluttede processen inden for 4-8 s. Efter at musenes vejrtrækning var stabiliseret, blev deres bryst aet og kærtegnet for at forhindre, at den inhalerede CSD blev hostet op. Musene blev derefter returneret til buret. Afslutningsvis kan denne model kvantificere CSD langs den typiske fysiologiske passage af små partikler ind i lungen, fra det øvre luftveje til de terminale bronchioler og alveoler. Det kan også replikere medarbejdernes tilbagevendende eksponering på grund af arbejde. Modellen kan udføres af en person og behøver ikke dyrt udstyr. Det simulerer bekvemt og effektivt sygdomsegenskaberne ved human silikose med høj repeterbarhed.
Introduction
Arbejdstagere udsættes uundgåeligt for uregelmæssigt krystallinsk silikatstøv (CSD), som kan indåndes og er mere giftigt i mange erhvervsmæssige sammenhænge, herunder minedrift, keramik, glas, kvartsforarbejdning og beton 1,2. En kronisk støvindåndingstilstand kendt som silikose forårsager progressiv lungefibrose3. Ifølge epidemiologiske data har forekomsten af silikose været faldende globalt i løbet af de sidste par årtier, men i de senere år har den været stigende og påvirker yngre mennesker 4,5,6. Den underliggende mekanisme for silikose udgør en betydelig udfordring for videnskabelig forskning på grund af dens lumske begyndelse og langvarige inkubationstid. Det er stadig ukendt, hvordan silikose udvikler sig. Desuden kan ingen nuværende medicin stoppe udviklingen af silikose og omvendt lungefibrose.
De nuværende musemodeller for silikose involverer trakealindtagelse af en blandet suspension af CSD. For eksempel overholder administration af CSD i lungerne ved at vedtage cervikal luftrørstraumet efter anæstesi ikke gentagen menneskelig eksponering for farvestøv7. Virkningerne af eksponering for omgivende støv for enkeltpersoner kan undersøges ved at udsætte dem for CSD i form af aerosoler, som mere nøjagtigt afspejler miljøkoncentrationerne af dette giftige stof8. Imidlertid kan miljø-CSD ikke bare inhaleres direkte i lungerne på grund af den unikke fysiologiske struktur af musenæsen9. Desuden er udstyret forbundet med denne teknologi dyrt, hvilket har fået forskere til at revurdere mussilikosemodellenmodel 10. Ved at inhalere CSD-suspension gennem et næsedrop fem gange inden for 2 uger var det muligt at opbygge en dynamisk model af silikose. Denne model er konsistent og sikker, samtidig med at den er nem at bruge. Det er vigtigt at bemærke, at denne undersøgelse giver mulighed for gentagen indånding af CSD hos mus. Den musesilikosemodel, der oprettes gennem denne procedure, forventes at være mere gavnlig for forskningskravene.
Protocol
Representative Results
Discussion
Silikose musemodeller er afgørende for at studere patogenese og behandling af silikose. Denne protokol beskriver en metode til fremstilling af en model af silikose hos mus gennem gentagen nasal eksponering. Denne metode muliggør undersøgelse af de patologiske egenskaber ved silikose induceret af forskellige eksponeringstider. Mus blev bedøvet på en ventilator, og deres respirationsfrekvens blev overvåget. Den indledende korte, hurtige vejrtrækning blev gradvist langsommere og dybere over tid. Anæstesien fik musen…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af University Synergy Innovation Program i Anhui-provinsen (GXXT-2021-077) og Anhui University of Science and Technology Graduate Innovation Fund (2021CX2120).
Materials
| 0.5 mL tube | Biosharp | BS-05-M | |
| 10% formalin neutral fixative | Nanchang Yulu Experimental Equipment Co. | NA | |
| Adobe Illustrator | Adobe | NA | |
| Alcohol disinfectant | Xintai Kanyuan Disinfection Products Co. | NA | |
| CD68 | Abcam | ab125212 | |
| Citrate antigen retrieval solution | biosharp life science | BL619A | |
| DAB chromogenic kit | NJJCBio | W026-1-1 | |
| Dimethyl benzene | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | NA | |
| Enhanced BCA protein assay kit | Beyotime Biotechnology | P0009 | |
| Hematoxylin and Eosin (H&E) | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| HRP substrate | Millipore Corporation | P90720 | |
| HRP-conjugated Affinipure Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Proteintech | Sa00001-2 | |
| Iceacetic acid | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | NA | |
| ImageJ | NIH | NA | |
| Isoflurane | RWD Life Science | R510-22 | |
| Masson's Trichrome stain kit | Solarbio | G1340 | |
| Methanol | Macklin | NA | |
| Microtubes | Millipore | AXYMCT150CS | |
| NF-κB p65 | Cell Signaling Technology | 8242S | |
| Oscillatory thermostatic metal bath | Abson | NA | |
| Paraffin embedding machine | Precision (Changzhou) Medical Equipment Co. | PBM-A | |
| Paraffin Slicer | Jinhua Kratai Instruments Co. | NA | |
| Phosphate buffer (PBS) | Biosharp | BL601A | |
| Physiological saline | The First People's Hospital of Huainan City | NA | |
| Pipettes | Eppendorf | NA | |
| PMSF | Beyotime Biotechnological | ST505 | |
| Polarized light microscope | Olympus | BX51 | |
| Precision balance | Acculab | ALC-110.4 | |
| Prism7.0 | GraphPad | Version 7.0 | |
| PVDF membranes | Millipore | 3010040001 | |
| RIPA lysis buffer | Beyotime Biotechnology | P0013B | |
| RODI IOT intelligent multifunctional water purification system | RSJ | RODI-220BN | |
| Scilogex SK-D1807-E 3D Shaker | Scilogex | NA | |
| SDS-PAGE gel preparation kit | Beyotime Biotechnology | P0012A | |
| Silicon dioxid | Sigma | #BCBV6865 | |
| Sirius red staining | Nanjing SenBeiJia Biological Technology Co., Ltd. | 181012 | |
| Small animal anesthesia machine | Anhui Yaokun Biotech Co., Ltd. | ZL-04A | |
| Universal Pipette Tips (0.1–10 µL) | KIRGEN | KG1011 | |
| Universal Pipette Tips (100–1000 µL) | KIRGEN | KG1313 | |
| Universal Pipette Tips (1–200 µL) | KIRGEN | KG1212 | |
| Vortex mixer | VWR | NA | |
| ZEISS GeminiSEM 500 | Zeiss Germany | SEM 500 | |
| β-actin | Bioss | bs-0061R |
References
- Olsson, A., Kromhout, H. Occupational cancer burden: the contribution of exposure to process-generated substances at the workplace. Molecular Oncology. 15 (3), 753-763 (2021).
- The Lancet Respiratory. The world is failing on silicosis. The Lancet. Respiratory Medicine. 7 (4), 283 (2019).
- Weissman, D. N. Progressive massive fibrosis: An overview of the recent literature. Pharmacology & Therapeutics. 240, 108232 (2022).
- Lancet, C. C., Yu, I. T., Chen, W. Silicosis. Lancet. 379 (9830), 2008-2018 (2012).
- Mazurek, J. M., Wood, J., Blackley, D. J., Weissman, D. N. Coal workers’ pneumoconiosis-attributable years of potential life lost to life expectancy and potential life lost before age 65 years – United States, 1999-2016. MMWR. Morbidity and Mortality Weekly Report. 67 (30), 819-824 (2018).
- Voelker, R. Black Lung resurgence raises new challenges for coal country physicians. JAMA. 321 (1), 17-19 (2019).
- Nakashima, K., et al. Regulatory role of heme oxygenase-1 in silica-induced lung injury. Respiratory Research. 19 (1), 144 (2018).
- Li, Y., et al. Minute cellular nodules as early lesions in rats with silica exposure via inhalation. Veterinary Sciences. 9 (6), 251 (2022).
- Salehi, F., et al. Immunological responses in C3H/HeJ mice following nose-only inhalation exposure to different sizes of beryllium metal particles. Journal of Applied Toxicology. 29 (1), 61-68 (2009).
- Yang, T., et al. Emodin suppresses silica-induced lung fibrosis by promoting Sirt1 signaling via direct contact. Molecular Medicine Reports. 14 (5), 4643-4649 (2016).
- Cornell, W. C., et al. Paraffin embedding and thin sectioning of microbial colony biofilms for microscopic analysis. Journal of Visualized Experiments. (133), e57196 (2018).
- Li, B., et al. A suitable silicosis mouse model was constructed by repeated inhalation of silica dust via nose. Toxicology Letters. 353, 1-12 (2021).
- Mu, M., et al. Coal dust exposure triggers heterogeneity of transcriptional profiles in mouse pneumoconiosis and Vitamin D remedies. Particle and Fibre Toxicology. 19 (1), 7 (2022).
- Kato, K., et al. Muc1 deficiency exacerbates pulmonary fibrosis in a mouse model of silicosis. Biochemical and Biophysical Research Communications. 493 (3), 1230-1235 (2017).
- Liu, F., et al. CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells depletion may attenuate the development of silica-induced lung fibrosis in mice. PLoS One. 5 (11), 15404 (2010).
- Mansouri, N., et al. Mesenchymal stromal cell exosomes prevent and revert experimental pulmonary fibrosis through modulation of monocyte phenotypes. JCI Insight. 4 (21), 128060 (2019).
- Ohtsuka, Y., Wang, X. T., Saito, J., Ishida, T., Munakata, M. Genetic linkage analysis of pulmonary fibrotic response to silica in mice. The European Respiratory Journal. 28 (5), 1013-1019 (2006).
