Generasjon av kronisk obstruktiv lungesykdom modell i mus ved gjentatte ozon eksponering

Summary

Denne studien beskriver vellykkede generering av en ny kroniske hindrende lunge sykdom (COPD) dyr modell av gjentatte ganger utsette mus for høye konsentrasjoner av ozon.

Abstract

Kroniske hindrende lunge sykdom (COPD) er preget av vedvarende luftstrømmen begrensning og lunge parenchymal ødeleggelse. Den har en svært høy forekomst i aldrende befolkning. De gjeldende konvensjonell terapi for COPD fokusere hovedsakelig på symptom-modifisere stoffer; Dermed er utvikling av nye behandlinger haster. Kvalifiserte dyremodeller av COPD kunne hjelpe som karakteriserer de underliggende mekanismene og kan brukes for nye narkotikarelaterte screening. Gjeldende COPD modeller, for eksempel lipopolysakkarid (LPS) eller svin bukspyttkjertelen elastase (PPE)-indusert emfysem modellen, generere KOLS-lignende lesjoner i lungene og luftveiene, men ligner ellers ikke patogenesen av menneskelig COPD. En sigarettrøyk (CS)-indusert modellen forblir en av de mest populære fordi det ikke bare simulerer KOLS-lignende lesjoner i luftveiene, men det er også basert på en av de viktigste farlige materialene som forårsaker COPD hos mennesker. Men begrense de tidkrevende og arbeidskrevende aspektene av CS-indusert modellen dramatisk anvendelsen i nye narkotikarelaterte screening. I denne studien generert vi har en ny COPD modell ved å utsette mus til høye nivåer av ozon. Denne modellen vist følgende: 1) redusert Forsert ekspirasjonsvolum 25, 50 og 75/tvunget vitalkapasitet (FEV₂₅/FVC, Feb₅₀/FVC og FEV₇₅/FVC), som angir forverring av lungefunksjonen; 2) forstørret lunge alveoler, med lunge parenchymal ødeleggelse. 3) redusert tretthet tid og avstand; og 4) økt betennelse. Sammen viser disse dataene at ozon eksponering (OE) modellen er en pålitelig dyremodell som ligner på mennesker fordi ozon overeksponering er en paranoid faktorer av COPD. I tillegg, tok det bare 6-8 uker, basert på våre tidligere arbeid, lage en OE modell, mens det krever 3-12 måneder å indusere sigarettrøyk modellen, indikerer at OE modellen kan være et godt valg for COPD forskning.

Introduction

Det har blitt anslått at KOLS, inkludert emfysem, kronisk bronkitt, kan være den tredje største dødsårsaken i verden i 2020^1,2. Potensielle forekomsten av COPD i en befolkning over 40 år gamle er anslått til 12.7% i menn og 8,3% inne kvinner innen de neste 40 år³. Ingen medisiner er tilgjengelig å reversere den progressive svekkelse COPD pasienter⁴. Pålitelig dyremodeller av COPD ikke bare krever imitasjon av sykdom patologiske prosessen, men krever også en kort generasjon periode. Gjeldende KOLS-modeller, inkludert LPS eller PPE-indusert modell, kan indusere emfysem-lignende symptomer^5,6. En enkelt administrasjon eller en ukelang utfordring til LPS eller PPE til mus eller rotter resultater i merkede neutrophilia i bronchoalveolar lavage væske (BALF), øker pro-inflammatoriske mediatorer (f.eks TNF-α og IL-1β) i BALF eller serum, produserer lunge parenchymal ødeleggelse-forstørret luftrom, og begrenser luftstrømmen^5,6,7,8,9,10. Imidlertid LPS eller PPE er ikke årsakene til menneskelig COPD og dermed etterligne ikke patologiske prosessen¹¹. En CS-indusert modell produsert en vedvarende luftstrømmen begrensning, lunge parenchymal ødeleggelse, og redusert funksjonell trening kapasitet. Men krever en tradisjonell CS-protokollen minst 3 måneder til å generere en COPD modell^12,13,14,15. Derfor er det viktig å generere en ny og mer effektiv dyr modell som oppfyller to.

Nylig, i tillegg til røyking, luftforurensning og yrkesmessig eksponering har blitt mer vanlige årsaker til COPD^16,17,18. Ozon, som en av de viktigste (om ikke det større komponenten av luftforurensning), kan direkte reagerer med luftveiene og skade lungevev av både barn og unge voksne^{19,20,21 ,22,23,24,25}. Ozon, samt andre stimulators inkludert LPS, PPE og CS, er involvert i en alvorlig av biokjemiske lunge oksidativt stress og DNA skade og er knyttet til initiering og fremming av COPD^26,27. En annen faktor er at symptomene på noen COPD pasienter svekkes etter å bli utsatt for ozon, indikerer at ozon kan forstyrre lunge funksjonen^18,28,29. Derfor generert vi en ny COPD modell av gjentatte ganger utsette mus for høye konsentrasjoner av ozon i 7 uker; Dette resulterte i luftstrømmen feilene og parenchymal lungeskade ligner på tidligere undersøkelser^30,31,32. Vi utvidet OE protokollen til kvinnelige mus i denne studien og gjengitt fullført emfysem observert i mannlige mus i våre tidligere studier^30,31,32. Fordi COPD dødelighet har avtatt i menn, men økte i kvinner i mange land³³, KOLS modell i kvinner er nødvendig å studere mekanismer og utvikle terapeutiske metoder for kvinnelige COPD pasienter. Anvendelse av OE modellen til alle kjønn gir ytterligere støtte til bruk som COPD modell.

Protocol

Merk: The OE modellen er generert og brukes i tidligere rapportert forskning 30 , 31 , 32. Alle dyreforsøk ble godkjent av institusjonelle Animal Care og bruk Committee (IACUC) i Shanghai Jiaotong University. 1. mus huset patogen-fri, 7-9 uke gamle kvinnelige BALB/c mus i individuelle ventilert bur i et dyr anlegg under kontrollert temperatur (20 ° C) og fuktighet (40-60%). Angi et 12…

Representative Results

Eksempler på 3D µCT bilder av hver gruppe vises i figur 1en. Ozon-eksponerte musene hadde et betydelig større totale lunge volum (figur 1en og b) og LAA % (figur 1c) enn luft-eksponerte kontroll mus. Lungevolumet og LAA % forble opphøyet etter seks uker med ozon eksponering31,32. Økte vo…

Discussion

I denne studien presenterer vi en pålitelig metode for å generere en ny COPD modell. Sammenlignet med andre modeller (dvs. LPS eller PPE modeller), viser denne OE modellen patologiske prosessen med COPD pasienter. Sigarettrøyk er det viktigste farlig materialet som forårsaker COPD i menneskelige pasienter⁴⁰, fortsatt CS modellen den mest populære COPD modell^41,42. Men CS modellen krever en 3 – til 12-måneders R & D perio…

Materials

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.