Icke-invasiv intratrakeal lipopolysackaridinstillation hos möss
Summary
Här föreslår vi ett protokoll för intratrakeal lipopolysackarid (LPS) leverans via icke-invasiv orofaryngeal endotrakeal intubation. Denna metod minimerar trauma av det kirurgiska ingreppet för djuret och levererar exakt LPS till luftstrupen och sedan till lungorna.
Abstract
Musmodellen för akut lungskada (ALI) inducerad av lipopolysackarid (LPS) eller endotoxin är fortfarande bland de vanligaste modellerna i djurstudier av akut lungskada eller akut inflammation. De nuvarande vanligaste metoderna i musmodeller för akut lungskada är en intraperitoneal injektion av LPS och trakeostomi för trakealinfusion av LPS. Den förstnämnda metoden saknar dock lunginriktning och skadar andra organ, och den senare metoden inducerar operativt trauma, infektionsrisk och låg överlevnad. Här rekommenderar vi en icke-invasiv orofaryngeal endotrakeal intubationsmetod för LPS-instillation hos möss. I denna metod införs LPS icke-invasivt i luftstrupen genom orofaryngealhålan för att införas i lungan med hjälp av en apparat för endotrakeal intubation. Denna metod säkerställer inte bara lunginriktning utan undviker också skador och risken för dödsfall hos djuren. Vi förväntar oss att detta tillvägagångssätt kommer att bli allmänt använt inom området akut lungskada.
Introduction
Akut lungskada (ALI) är ett vanligt kliniskt syndrom. Under en mängd olika patogena faktorer leder störningen av den fysiologiska barriären hos lungepitelcellerna och vaskulära endotelceller till ökad alveolär permeabilitet, vilket orsakar minskad lungöverensstämmelse, lungödem och svår hypoxemi1. Acute respiratory distress syndrome (ARDS) är den allvarligaste formen av ALI. Okontrollerad inflammation och oxidativ stressskada anses vara de främsta orsakerna till ALI och den allvarligare ARDS2. När alveolära epitelceller skadas direkt på grund av trauma aktiveras den inflammatoriska responskedjan av alveolära makrofager, vilket leder till inflammation i lungan3. Globalt finns det mer än 3 miljoner patienter med akut ARDS per år, och de står för cirka 10% av intensivvårdsavdelningarna; Dessutom är dödligheten i svåra fall så hög som 46%4,5,6. Därför finns det ett behov av att upprätta en lämplig djurmodell av ALI för att studera dess patogenes. Musen är det vanligaste försöksdjuret i studien av ALI eftersom dess luftvägar kan simulera de mänskliga luftvägarna väl för ALI-studier. Vidare manifesterar ALI som massiv inflammatorisk cellinfiltration, ökad pulmonell vaskulär permeabilitet och lungödem. Förändringarna i inflammatoriska cytokiner i serum och förhållandet mellan torr och våt vikt i lungorna återspeglar graden av ALI7.
För närvarande innefattar de huvudsakliga metoderna för modellering av LPS-inducerad ALI hos möss intranasal och kirurgisk trakealintubation 8,9. Här föreslår vi en ny metod för att leverera LPS till luftstrupen via icke-invasiv orofaryngeal intubation. Denna metod använder en upplyst intubator för att hitta musens luftstrupe och levererar sedan LPS i luftstrupen och lungan. Denna metod levererar LPS till lungorna mer exakt än den intranasala leveransmetoden. Jämfört med kirurgisk trakeal intubation kräver denna metod inte operation, undviker att orsaka sår och minskar smärta hos möss10. Därför kan denna metod användas för att skapa en mer övertygande musmodell av ALI.
Protocol
Representative Results
Discussion
Inledningsvis tittade vi inuti munhålan för att hitta platsen för luftstrupen19. Men under denna process upptäckte vi att luftstrupen hos C57 / BL-möss är smal, vilket gör det svårt att hitta rätt plats med denna metod utan hjälp av utrustning som ett endoskop20. Vid ytterligare undersökning fann vi att ljuset från intubatorlampan kunde tränga igenom kroppens yta, så att operatören kunde bestämma kanylensposition 21.
<p class="jov…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China (nr: 81903902), China Postdoctoral Science Foundation (nr: 2019M663457), Sichuan Science and Technology Program (nr: 2020YJ0172) och Xinglin Scholar Research Premotion Project vid Chengdu University of TCM (nr: QJRC2022053).
Materials
| Lipopolysaccharide | MERK | L4130 | LPS |
| Microliter Syringes | SHANGHAI GAOGE INDUSTRY AND TRADE CO., LTD | 10028505008124 | To deliver LPS |
| Mouse cannula | RWD Life Science | 803-03008-00 | Mouse cannula |
| Mouse intubation kit | RWD Life Science | 903-03027-00 | Including a base, a riser, a intubator, a surgical forceps and some strings |
| Pasteur pipette | Biosharp life science | BS-XG-03 | To verify the success of intubation |
| Pentobarbital sodium | Beijing Chemical Co., China | 20220918 | To anesthetize mice |
References
- Xia, Y., et al. Protective effect of human amnion epithelial cells through endotracheal instillation against lipopolysaccharide-induced acute lung injury in mice. Xi Bao Yu Fen Zi Mian Yi Xue Za Zhi. 33 (1), 7-11 (2017).
- Butt, Y., Kurdowska, A., Allen, T. C. Acute lung injury: A clinical and molecular review. Archives of Pathology and Lab Medicine. 140 (4), 345-350 (2016).
- Ware, L. B., Matthay, M. A. The acute respiratory distress syndrome. The New England Journal of Medicine. 342 (18), 1334-1349 (2000).
- Fan, E., Brodie, D., Slutsky, A. S. Acute respiratory distress syndrome: Advances in diagnosis and treatment. JAMA. 319 (7), 698-710 (2018).
- Meyer, N. J., Gattinoni, L., Calfee, C. S. Acute respiratory distress syndrome. Lancet. 398 (10300), 622-637 (2021).
- An, N., Yang, T., Zhang, X. X., Xu, M. X. Bergamottin alleviates LPS-induced acute lung injury by inducing SIRT1 and suppressing NF-κB. Innate Immunity. 27 (7-8), 543-552 (2021).
- Liu, L., et al. Comparative study of trans-oral and trans-tracheal intratracheal instillations in a murine model of acute lung injury. The Anatomical Record. 295 (9), 1513-1519 (2012).
- Virag, J. A., Lust, R. M. Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction. Journal of Visualized Experiments. (52), e2581 (2011).
- Li, J., et al. Panaxydol attenuates ferroptosis against LPS-induced acute lung injury in mice by Keap1-Nrf2/HO-1 pathway. Journal of Translational Medicine. 19 (1), 96 (2021).
- Zhou, Y., et al. Soluble epoxide hydrolase inhibitor attenuates lipopolysaccharide-induced acute lung injury and improves survival in mice. Shock. 47 (5), 638-645 (2017).
- Nosaka, N., et al. Optimal tube length of orotracheal intubation for mice. Laboratory Animals. 53 (1), 79-83 (2019).
- Cicero, L., Fazzotta, S., Palumbo, V. D., Cassata, G., Lo Monte, A. I. Anaesthesia protocols in laboratory animals used for scientific purposes. Acta Bio-Medica: Atenei Parmensis. 89 (3), 337-342 (2018).
- Ehrentraut, H., Weisheit, C. K., Frede, S., Hilbert, T. Inducing acute lung injury in mice by direct intratracheal lipopolysaccharide instillation. Journal of Visualized Experiments. (149), e59999 (2019).
- Yang, H., et al. STAT6 inhibits ferroptosis and alleviates acute lung injury by regulating P53/SLC7A11 pathway. Cell Death & Disease. 13 (6), 530 (2022).
- Aramaki, O., et al. Induction of operational tolerance and generation of regulatory cells after intratracheal delivery of alloantigen combined with nondepleting anti-CD4 monoclonal antibody. Transplantation. 76 (9), 1305-1314 (2003).
- Lan, W. Activation of mammalian target of rapamycin (mTOR) in a murine model of lipopolysaccharide (LPS) -induced acute lung injury (ALI). Peking Union Medical College. , (2010).
- Lv, H., et al. Tenuigenin ameliorates acute lung injury by inhibiting NF-κB and MAPK signalling pathways. Respiratory Physiology & Neurobiology. 216, 43-51 (2015).
- Yang, H., Lv, H., Li, H., Ci, X., Peng, L. Oridonin protects LPS-induced acute lung injury by modulating Nrf2-mediated oxidative stress and Nrf2-independent NLRP3 and NF-κB pathways. Cell Communication and Signaling. 17 (1), 62 (2019).
- Im, G. H., et al. Improvement of orthotopic lung cancer mouse model via thoracotomy and orotracheal intubation enabling in vivo imaging studies. Laboratory Animals. 48 (2), 124-131 (2014).
- Hamacher, J., et al. Microscopic wire guide-based orotracheal mouse intubation: description, evaluation and comparison with transillumination. Laboratory Animals. 42 (2), 222-230 (2008).
- Nelson, A. M., Nolan, K. E., Davis, I. C. Repeated orotracheal intubation in mice. Journal of Visualized Experiments. (157), e60844 (2020).
- Zhang, S., et al. Microvesicles packaging IL-1β and TNF-α enhance lung inflammatory response to mechanical ventilation in part by induction of cofilin signaling. International Immunopharmacology. 63, 74-83 (2018).
- Feng, Z. Comparative study of different intratracheal instillation in acute lung injury model of mice. Jilin University. , (2010).
- Chen, J. H., et al. Comparison of acute lung injury mice model established by intranasal and intratracheal instillation of lipopolysaccharide. Pharmacology and Clinics of Chinese Materia Medica. 38 (02), 222-227 (2022).
- Luckow, B., Lehmann, M. H. A simplified method for bronchoalveolar lavage in mice by orotracheal intubation avoiding tracheotomy. BioTechniques. 71 (4), 534-537 (2021).
- Cai, Y., Kimura, S. Noninvasive intratracheal intubation to study the pathology and physiology of mouse lung. Journal of Visualized Experiments. (81), e50601 (2013).
