Diese Studie beschreibt die erfolgreiche Generierung von ein neues Tiermodell für die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), indem man immer wieder Mäuse, um hohe Konzentrationen von Ozon.
Chronischer obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) zeichnet sich durch anhaltende Luftstrom Einschränkung und Lunge parenchymatösen Zerstörung. Es hat eine sehr hohe Inzidenz in alternden Bevölkerung. Die aktuellen konventionellen Therapien für COPD Fokus hauptsächlich auf Symptom-modifizierende Drogen; die Entwicklung neuer Therapien ist daher dringend erforderlich. Qualifizierte Tiermodellen der COPD könnte dazu beitragen, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu charakterisieren und eignet sich für neue Drogen-Screening. Aktuelle Modelle der COPD, wie Lipopolysaccharid (LPS) oder die Schweine Pankreas Elastase (PSA)-induzierte Emphysem Modell generieren COPD-ähnliche Läsionen in der Lunge und Atemwege aber nicht sonst ähneln die Pathogenese der menschlichen COPD. Eine Zigarette zu rauchen (CS)-induzierte Modell bleibt eines der beliebtesten, weil es nicht nur COPD-ähnliche Läsionen in den Atemwegen simuliert, aber es basiert auch auf einer der wichtigsten gefährlichen Stoffen, die COPD in den Menschen verursacht. Allerdings beschränken die zeitraubende und arbeitsintensive Aspekte des Modells CS-induzierte drastisch ihre Anwendung in der neuen Wirkstoff-Screening. In dieser Studie erzielten wir erfolgreich ein neues Modell der COPD, indem man Mäuse zu hohen Niveaus des Ozons. Dieses Modell zeigt die folgenden: 1) erzwungene exspiratorischen Volumen 25, 50 und 75/gezwungen Vitalkapazität verringert (FEV25/FVC, FEV50/FVC und FEV75/FVC), unter Angabe der Verschlechterung der Lungenfunktion; (2) erweiterten Lungen-Alveolen mit Lungen-Parenchym Zerstörung; (3) reduziert Müdigkeit Zeit und Distanz; und 4) Entzündung erhöht. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass das Ozon Exposition (OE) Modell ein zuverlässiger Tiermodell das ähnlich wie beim Menschen ist ist, weil Ozon Überbelichtung ist eines der ätiologischen Faktoren der COPD. Darüber hinaus dauerte es nur ca. 6-8 Wochen, basierend auf unsere bisherige Arbeit, um eine OE-Modell zu erstellen, es erfordert 3-12 Monate induzieren das Zigarettenrauch Modell, darauf hinweist, dass die OE-Modell eine gute Wahl für COPD Forschung werden könnte.
Es wurde geschätzt, dass COPD, Emphysem und chronische Bronchitis, darunter möglicherweise die dritte Todesursache in der Welt im Jahr 20201,2. Das mögliche Auftreten von COPD in einer Bevölkerung über 40 Jahre alt wird voraussichtlich 12,7 % bei Männern und Frauen innerhalb der nächsten 40 Jahre38,3 %. Keine Medikamente sind derzeit für die progressive Verschlechterung der COPD Patienten4rückgängig zu machen. Zuverlässige Tiermodellen der COPD nicht nur fordern die Nachahmung des pathologischen Prozesses Erkrankung aber auch benötigen eine kurze Generation. Aktuelle COPD-Modelle, einschließlich der LPS oder ein PSA-induzierte Modell induzieren können Emphysem-ähnliche Symptome5,6. Eine einzige Verwaltung oder eine Woche lang Herausforderung von LPS oder PSA auf Mäuse oder Ratten führt zu deutlichen Neutrophilie im alvéolaire Lavage Fluid (BALF), Erhöhungen Pro-inflammatorischen Mediatoren (z. B. TNF-α und IL-1β) in BALF oder Serum, produziert die Lunge Parenchym Zerstörung erweiterten Lufträume und Grenzen Luftstrom5,6,7,8,9,10. Jedoch LPS oder PSA sind keine Ursachen der menschlichen COPD und somit nicht zu imitieren den pathologischen Prozess11. Ein CS-induzierte Modell produziert eine persistente Luftstrom Einschränkung, Lungen-Parenchym Zerstörung und funktionelle Übung Kapazität verringert. Eine traditionelle CS-Protokoll erfordert jedoch mindestens 3 Monate um eine COPD Modell12,13,14,15zu generieren. Daher ist es wichtig, eine neue, effizientere Tiermodell zu generieren, die die zwei Anforderungen erfüllt.
Vor kurzem neben Rauchen, Luftverschmutzung und berufsbedingte Exposition häufiger Ursachen der COPD16,17,18geworden. Ozon, als eines der wichtigsten Schadstoffe (obwohl nicht Hauptbestandteil der Luftverschmutzung), kann direkt mit der Atemwege reagieren und schädigen das Lungengewebe von Kindern und Jugendlichen Erwachsenen19,20,21 ,22,23,24,25. Ozon, sowie andere Stimulatoren wie LPS, PSA und CS, engagieren sich in eine Reihe von biochemischen Wege der pulmonale oxidativen Stress und DNA-Schäden und Zusammenhängen für die Initiierung und Förderung von COPD26,27. Ein weiterer Faktor ist, dass die Symptome der COPD-Patienten verschlechtert sich nach Ozon, darauf hinweist, dass Ozon Lunge Funktion18,28,29stören kann ausgesetzt werden. Aus diesem Grund generiert wir ein neues Modell der COPD durch immer wieder Mäuse, um hohe Konzentrationen von Ozon für 7 Wochen aussetzen; Dies führte zu Luftstrom Mängel und parenchymatösen Lungenschäden ähnlich denen von früheren Untersuchungen30,31,32. Wir erweitern das OE-Protokoll zu weiblichen Mäusen in dieser Studie und erfolgreich reproduziert das Emphysem beobachtet bei männlichen Mäusen in unserem vorherigen Studien30,31,32. Da COPD-Mortalität bei Männern zurückgegangen aber erhöht bei Frauen in vielen Ländern33, eine COPD-Modell bei den Weibchen notwendig ist, um die Mechanismen zu studieren und therapeutischen Methoden für weibliche COPD-Patienten zu entwickeln. Die Anwendbarkeit des OE-Modells für alle Geschlechter unterstützt weitere seine Verwendung als ein COPD-Modell.
In dieser Studie stellen wir eine zuverlässige Methode zur Erzeugung eines neuen COPD-Modells. Im Vergleich zu anderen Modellen (z.B. LPS oder PSA-Modelle), rekapituliert dieser OE-Modell des pathologischen Prozesses von COPD-Patienten. Da Zigarettenrauch das Hauptmaterial gefährlicher, das menschlichen Patienten40COPD verursacht ist, bleibt das CS-Modell der beliebtesten COPD Modell41,42. Das CS-Modell erfordert jedoch eine 3 -…
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren möchten Mr Boyin Qin (Shanghai Public Health Clinical Center) bedanken, für die technische Hilfe bei der µCT-Bewertung in diesem Protokoll.
BALB/c mice | Slac Laboratory Animal,Shanghai, China | N/A | 7-to-9-week-old female BALB/c mice were used in this study. |
Individual ventilated cages | Suhang, Shanghai, China | Model Number: MU64S7 | The cages were used for housing mice in the animal facility. |
Sealing perspex-box | Suhang, Shanghai, China | N/A | The box was used to contain the ozone generator. Mice were exposed to ozone within the box. |
Electric generator | Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Germany | Model 500 | The device was used for generating ozone. |
Ozone probe | ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, UK | Ozone 300 | The device was used for monitoring and controlling the generation of ozone. |
Pelltobarbitalum natricum | Sigma, St. Louis, MO, USA | P3761 | Mice were anesthetized by intraperitoneal injection of pelltobarbitalum natricum. |
Micro-Computed Tomography | GE Healthcare, London, ON, Canada | RS0800639-0075 | This device was used for acquiring images of the lung. |
Micro-view 2.01 ABA software | GE Healthcare, London, ON, Canada | Micro-view 2.01 | This device was used for reconstruct the lung and analyze volume, LAA of the lung. |
Treadmill machine | Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, China | DSPT-208 | This machine was usd for fatigue test. |
Body plethysmograph | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
Ventilator | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
Slide spinner centrifuge | Denville Scientific, Holliston, MA, USA | C1183 | It was used to spin BALF cells onto slides. |
Wright Staining | Hanhong, Shanghai, China | RE04000054 | It was used to staining macrophages, neutrophils in the suspended BALF. |
Hemocytometer | Hausser Scientific, Horsham, PA, USA | 4000 | It was used to count cells. |
IL-1β | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100704 | They were used to test the respective factors in serum. |
IL-10 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab46103 | They were used to test the respective factors in serum. |
TNF-α | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100747 | They were used to test the respective factors in serum. |
Paraformaldehyde | Sigma, St. Louis, MO, USA | P6148 | The lung was inflated by 4% paraformaldehyde. |
Paraffin | Hualing, Shanghai, China | 56# | It was used to embed the lung. |
Rotary Microtome | Leica, Wetzlar, Hesse, Germany | RM2255 | It was used for sectioning the lung. |
Hgaematoxylin and Eosin (H&E) staining solution | Solarbio, Beijing, China | G1120 | H&E staining was done for morphometric analysis. |
Upright bright field microscope | Olympus, Center Valley, PA, USA | CX41 | It was used to image the H&E staining slides. |
Adobe Photoshop 12 | Adobe, San Jose, CA, USA | Adobe Photoshop 12 | It was used to count the number of alveoli on the H&E stained images. |
GraphPad prism 5 | Graphpad Software Inc., San Diego, CA | GraphPad prism 5 | It was used for data analysis and production of figures. |