Generation av en kronisk obstruktiv lungsjukdom modell hos möss av upprepade ozonexponering

Summary

Denna studie beskriver lyckade genereringen av en ny djurmodell för kronisk obstruktiv lungsjukdom (kol) genom att upprepade gånger utsätta möss till höga koncentrationer av ozon.

Abstract

Kronisk obstruktiv lungsjukdom (kol) kännetecknas av ihållande luftflöde begränsning och lung parenkymal förstörelse. Den har en mycket hög förekomst i åldrande befolkningar. De nuvarande konventionella behandlingar för kol fokus främst på symptom-ändra droger; utvecklingen av nya terapier behövs således snarast. Kvalificerad djurmodeller av kol kan bidra till att karakterisera de bakomliggande mekanismerna och kan användas för nya drogkontroll. Nuvarande kol-modeller, såsom lipopolysackarid (LPS) eller de svin bukspottskörteln elastase (PPE)-inducerad emfysem modell, generera kol-liknande lesioner i lungor och luftvägar men inte annars liknar patogenesen av mänskliga kol. En cigarettrök (CS)-inducerad modell är fortfarande en av de mest populära eftersom den simulerar inte bara kol-liknande lesioner i andningsorganen, men den är också baserad på en av de huvudsakliga farliga material som orsakar kol hos människor. Men begränsa de tidsödande och arbetsintensiva aspekterna av CS-inducerad modell dramatiskt dess användning i nya drogkontroll. I denna studie genererade vi framgångsrikt en ny kol-modell genom att exponera möss till höga halter av ozon. Denna modell visat följande: 1) minskad forcerad exspiratorisk volym 25, 50 och 75/tvingade vitalkapacitet (FEV₂₅/FVC, FEV₅₀/FVC och FEV₇₅/FVC), vilket indikerar en försämring av lungfunktionen; (2) utvidgade lung alveolerna, med lung parenkymal förstörelse; (3) minskad trötthet tid och avstånd; och 4) ökade inflammation. Sammantaget visar dessa data att ozon exponering (OE) modellen är en tillförlitlig djurmodell som liknar människor eftersom ozon överexponering är en av de etiologiska faktorerna av kol. Dessutom tog det bara 6-8 veckor, baserat på våra tidigare arbete, att skapa en OE modell, det kräver 3-12 månader att inducera cigarettrök modellen, vilket indikerar att den OE-modellen kan vara ett bra val för kol forskning.

Introduction

Det har uppskattats att kol, emfysem och kronisk bronkit, kan vara den tredje vanligaste dödsorsaken, i världen i 2020^1,2. Den potentiella incidensen av kol i en population över 40 år uppskattas till 12,7% hos män och 8,3% hos kvinnor inom de nästa 40 år³. Det finns för närvarande ingen läkemedel att vända den progressiv försämringen av KOL patienter⁴. Pålitlig djurmodeller av kol inte bara kräva imitation av den patologiska processen för sjukdom men också kräva en kort generation. Nuvarande kol-modeller, inklusive LPS eller en PPE-inducerad modell, kan inducera emfysem-liknande symtom^5,6. En engångsdos eller en vecka lång utmaning av LPS eller PPE att möss eller råttor resultat i markerade neutrofili i bronkoalveolär lavage vätska (BALF), ökar pro-inflammatoriska mediatorer (exempelvis TNF-α och IL-1β) i BALF eller serum, producerar lung parenkymal förstörelse-förstorade luftvolymer och begränsar luftflödet^5,6,7,8,9,10. Dock LPS eller personlig skyddsutrustning är inte orsakerna till människors kol och således efterlikna inte den patologiska process¹¹. En CS-inducerad modell produceras en ihållande obstruktiviteten, lung parenkymal förstörelse och minskad funktionell träning kapacitet. En traditionell CS protokoll kräver dock minst 3 månader för att generera en kol modell^12,13,14,15. Det är därför viktigt att generera en ny, mer effektiv djurmodell som uppfyller dessa två krav.

Nyligen, förutom rökning, luftföroreningar och yrkesmässig exponering har blivit vanligare orsaker till kol^16,17,18. Ozon, som en av de stora föroreningarna (dock inte den största delen av luftföroreningar), kan direkt reagerar med luftvägarna och skada lungvävnaden av både barn och vuxna^{19,20,21 ,22,23,24,25}. Ozon, liksom andra stimulatorer inklusive LPS, personlig skyddsutrustning och CS, är inblandade i en allvarlig av biokemiska vägar av pulmonell oxidativ stress och DNA-skada och är kopplade till initiering och främjande av kol^26,27. En annan faktor är att symptomen på vissa KOL-patienter försämras efter utsätts för ozon, vilket indikerar att ozon kan störa lung funktion^18,28,29. Därför genererat vi en ny kol-modell genom att upprepade gånger utsätta möss till höga koncentrationer av ozon i 7 veckor; Detta resulterade i luftflöde defekter och parenkymal lungskador liknar dem i tidigare utredningar^30,31,32. Vi utökade protokollet OE att honmöss i denna studie och återges framgångsrikt den emfysem hos hanmöss i våra tidigare studier^30,31,32. Eftersom kol dödlighet har minskat hos män men ökar hos kvinnor i många länder³³, behövs en kol modell hos kvinnor att studera mekanismerna och att utveckla terapeutiska metoder för kvinnliga KOL-patienter. Tillämpligheten av OE modellen för alla könen lånar ytterligare stöd till dess användning som en kol-modell.

Protocol

Obs: The OE modell har genereras och används i tidigare rapporterade forskning 30 , 31 , 32. Alla djurförsök godkändes av den institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) av Shanghai Jiaotong University. 1. möss hus patogenfria, 7-9 vecka-gamla BALB/c honmöss i enskilda ventilerade burar i ett djur anläggning under kontrollerad temperatur (20 ° C) och luftfuktig…

Representative Results

Exempel på 3D µCT bilder av varje grupp visas i figur 1en. Ozon-exponerade mössen hade en betydligt större total lungvolym (figur 1en och b) och LAA % (figur 1c) än gjorde luft-exponerade kontroll möss. Den lungvolym och LAA % återstod förhöjda efter sex veckor av ozon exponering31,32</sup…

Discussion

I denna studie presenterar vi en pålitlig metod för att generera en ny kol-modell. Jämfört med andra modeller (dvs LPS eller PPE modeller), recapitulates denna OE modell den patologiska processen av KOL-patienter. Eftersom tobaksrök är den huvudsakliga farliga material som orsakar kol i mänskliga patienter⁴⁰, är CS modellen den mest populära kol modell^41,42. CS modellen kräver dock en 3 – till 12-månaders R & D peri…

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.