Kronik obstrüktif akciğer hastalığı manken tekrarlanan ozon maruz farelerde nesil
Summary
Bu çalışmada art arda fareler için ozon yüksek konsantrasyonda açarak yeni bir kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) hayvan modeli başarılı nesil açıklar.
Abstract
Kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) tarafından kalıcı hava akımı sınırlama ve akciğer parenkima imha karakterizedir. Nüfus yaşlanma içinde bir çok yüksek insidansı vardır. Geçerli geleneksel tedaviler KOAH odak çoğunlukla açık belirti-modifiye ilaçlar için; Böylece, yeni tedavilerin geliştirilmesi acilen ihtiyacı vardı. KOAH nitelikli hayvan modelleri temel mekanizmaları karakterize etmek için yardımcı olabilir ve yeni ilaç tarama için kullanılabilir. Lipopolysaccharide (LPS) gibi geçerli KOAH modelleri veya domuz pankreas elastase (PPE)-indüklenen amfizem modeli, akciğerler ve airways KOAH benzeri lezyonlar oluşturur ancak aksi takdirde insan KOAH patogenezinde benzer değil. Bir sigara dumanı (CS)-indüklenen model kalır en popüler çünkü sadece solunum sistemi lezyonlarının KOAH gibi taklit eder, ama bu da insanlarda KOAH neden ana tehlikeli madde birini dayanır. Ancak, CS kaynaklı modeli zaman alıcı ve emek yoğun yönlerini önemli ölçüde kendi uygulamasında yeni uyuşturucu tarama sınırı. Bu çalışmada, biz başarıyla yeni KOAH manken fareler için ozon yüksek düzeyde maruz tarafından oluşturulan. Bu modeli aşağıda gösterilmiştir: 1) zorunlu Ekspiratuar cilt 25, 50 ve 75/zorla vital kapasite azalmıştır (FEV25/FVC, FEV50/FVC ve FEV75/FVC), akciğer fonksiyonu; bozulma gösteren 2) büyütülmüş akciğer alveoller akciğer parenkima imha ile; 3) yorgunluk zaman ve mesafe azalır; ve 4) artış iltihabı. Birlikte ele alındığında, bu veriler ozon pozlama (OE) modeli ozon dozun KOAH etyolojik faktörlerden biri olduğu için insanlara benzer bir güvenilir hayvan modeli olduğunu ispat. Ayrıca, sadece 6-8 hafta, 3-12 ay OE modeli KOAH araştırma için iyi bir seçim olabilir gösteren sigara dumanı modeli ikna etmek için gerektirir, ancak bir OE modeli oluşturmak için önceki çalışmalarımız, temel aldı.
Introduction
KOAH, Amfizem ve kronik bronşit gibi ölüm üçüncü önde gelen nedenidir 20201,2dünyada olabilir tahmin ediyor. KOAH potansiyel insidansı 40 yıldır eski bir popülasyondaki erkeklerde % 12,7 ve dişilerde3önümüzdeki 40 yıl içinde % 8.3 olduğu tahmin edilmektedir. Hiçbir ilaç KOAH hastaları4ilerleyici bozulma tersine çevirmek şu anda mevcuttur. KOAH güvenilir hayvan modelleri sadece hastalık patolojik süreci taklit talep ediyorum ama aynı zamanda kısa nesil süresi gerektirir. LPS veya bir PPE kaynaklı modeli de dahil olmak üzere geçerli KOAH modelleri amfizem benzeri semptomlar5,6tetikleyebilir. Tek bir yönetim veya işaretli neutrophilia bronchoalveolar lavaj sıvı (BALF), artar pro-inflamatuar aracılar (Örneğin, TNF-α ve IL-1β) BALF veya serum, fare ya da sıçan sonuçlarında LPS veya KKE bir haftalık meydan okuma akciğer üretir parenkimal imha genişlemiş hava boşluk ve sınırları hava akımı5,6,7,8,9,10. Ancak, LPS veya KKE insan KOAH nedenleri değildir ve böylece patolojik süreç11taklit değil. CS kaynaklı manken üretilen bir kalıcı hava akımı sınırlama, akciğer parenkima yıkım ve fonksiyonel egzersiz kapasitesi düşük. Ancak, geleneksel bir CS Protokolü KOAH model12,13,14,15oluşturmak için en az 3 ay gerekir. Böylece, iki gereksinimlerini karşılayan yeni, daha etkili bir hayvan modeli oluşturmak önemlidir.
Son zamanlarda, ek olarak sigara, hava kirliliği ve mesleki maruz kalma KOAH16,17,18daha yaygın nedenleri olmuştur. Ozon, önemli kirletici biri olarak (değil önemli bileşeni hava kirliliği rağmen), doğrudan solunum yolu ile tepki ve çocuklar ve genç yetişkinler19,20,21 akciğer dokusuna zarar ,22,23,24,25. Ozon yanı sıra LPS, KKE ve CS, de dahil olmak üzere diğer uyarıcılar bir ciddi pulmoner oksidatif stres ve DNA hasarı biyokimyasal yolları katılmaktadırlar ve inisiyasyon ve promosyon KOAH26,27bağlantılıdır. Bazı KOAH hastaları belirtileri gösteren ozon Akciğer işlev18,28,29bozabilir ozon için maruz sonra bozulabilir başka bir faktördür. Bu nedenle, biz tekrar tekrar 7 hafta boyunca fareler için ozon yüksek konsantrasyonda açarak yeni bir KOAH model oluşturulan; Bu hava akımı kusurları ve akciğer parenkima hasarı önceki araştırmalar30,31,32benzer sonuçlandı. Biz bu çalışmada kadın farelere OE Protokolü genişletilmiş ve başarılı bir şekilde bizim önceki çalışmalar30,31,32erkek farelerde gözlenen amfizem çoğaltılamaz. KOAH ölüm oranı erkeklerde azaldı ama birçok ülkede33kadınlarda artmıştır çünkü KOAH manken dişilerde mekanizmaları çalışmaya ve kadın KOAH hastaları için tedavi yöntemleri geliştirmek için gereklidir. Tüm cins OE modeline uygulanabilirliği KOAH manken olarak kullanmak için daha fazla destek ödünç.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, biz yeni bir KOAH model oluşturmak için güvenilir bir yöntem mevcut. Diğer modeller için (Yani, LPS ya da KKE modelleri) karşılaştırıldığında, bu OE model KOAH hastaları patolojik süreci beyannamedir. Sigara dumanı KOAH insan hasta40neden olan ana tehlikeli madde olduğundan, CS model en popüler KOAH model41,42kalır. Ancak, 3 – 12 ay R CS model gerektirir & D dönem için yeni ilaçlar. CS m…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, bu iletişim kuralını µCT değerlendirilmesinde konusunda teknik yardım almak için Bay Boyin te (Şangay halk sağlığı Klinik Merkezi) için şükran ifade etmek istiyorum.
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. |
References
- Lozano, R., et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010. Lancet. 380, 2095-2128 (2012).
- Chapman, K. R., et al. Epidemiology and costs of chronic obstructive pulmonary disease. Eur Respir J. 27, 188-207 (2006).
- Afonso, A. S., Verhamme, K. M., Sturkenboom, M. C., Brusselle, G. G. COPD in the general population: prevalence, incidence and survival. Respir Med. 105, 1872-1884 (2011).
- Rabe, K. F., et al. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease: GOLD executive summary. Am J Respir Crit Care Med. 176, 532-555 (2007).
- Ogata-Suetsugu, S., et al. Amphiregulin suppresses epithelial cell apoptosis in lipopolysaccharide-induced lung injury in mice. Biochem Biophys Res Communi. 484, 422-428 (2017).
- Oliveira, M. V., et al. Characterization of a Mouse Model of Emphysema Induced by Multiple Instillations of Low-Dose Elastase. Front Physiol. 7, 457 (2016).
- Vernooy, J. H., Dentener, M. A., van Suylen, R. J., Buurman, W. A., Wouters, E. F. Long-term intratracheal lipopolysaccharide exposure in mice results in chronic lung inflammation and persistent pathology. Am J Respir Cell Mol Biol. 26, 152-159 (2002).
- Birrell, M. A., et al. Role of matrix metalloproteinases in the inflammatory response in human airway cell-based assays and in rodent models of airway disease. J Pharm Exp Ther. 318, 741-750 (2006).
- Gamze, K., et al. Effect of bosentan on the production of proinflammatory cytokines in a rat model of emphysema. Exp Mol Med. 39, 614-620 (2007).
- Vanoirbeek, J. A., et al. Noninvasive and invasive pulmonary function in mouse models of obstructive and restrictive respiratory diseases. Am J Respir Cell Mol Biol. 42, 96-104 (2010).
- Wright, J. L., Cosio, M., Churg, A. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 295, 1-15 (2008).
- Huh, J. W., et al. Bone marrow cells repair cigarette smoke-induced emphysema in rats. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 301, 255-266 (2011).
- Schweitzer, K. S., et al. Adipose stem cell treatment in mice attenuates lung and systemic injury induced by cigarette smoking. Am J Respir Crit Care Med. 183, 215-225 (2011).
- Guan, X. J., et al. Mesenchymal stem cells protect cigarette smoke-damaged lung and pulmonary function partly via VEGF-VEGF receptors. J Cell Biochem. 114, 323-335 (2013).
- Gu, W., et al. Mesenchymal stem cells alleviate airway inflammation and emphysema in COPD through down-regulation of cyclooxygenase-2 via p38 and ERK MAPK pathways. Sci Rep. 5, 8733 (2015).
- Cordasco, E. M., VanOrdstrand, H. S. Air pollution and COPD. Postgrad Med. 62, 124-127 (1977).
- Berend, N. Contribution of air pollution to COPD and small airway dysfunction. Respirology. 21, 237-244 (2016).
- DeVries, R., Kriebel, D., Sama, S. Outdoor Air Pollution and COPD-Related Emergency Department Visits, Hospital Admissions, and Mortality: A Meta-Analysis. COPD. 14 (1), 113-121 (2016).
- Penha, P. D., Amaral, L., Werthamer, S. Ozone air pollutants and lung damage. IMS Ind Med Surg. 41, 17-20 (1972).
- Stern, B. R., et al. Air pollution and childhood respiratory health: exposure to sulfate and ozone in 10 Canadian rural communities. Environ Res. 66, 125-142 (1994).
- Tager, I. B., et al. Chronic exposure to ambient ozone and lung function in young adults. Epidemiology. 16, 751-759 (2005).
- Romieu, I., Castro-Giner, F., Kunzli, N., Sunyer, J. Air pollution, oxidative stress and dietary supplementation: a review. Eur Respir J. 31, 179-197 (2008).
- Hemming, J. M., et al. Environmental Pollutant Ozone Causes Damage to Lung Surfactant Protein B (SP-B). 생화학. 54, 5185-5197 (2015).
- Chu, H., et al. Comparison of lung damage in mice exposed to black carbon particles and ozone-oxidized black carbon particles. Sci Total Environ. 573, 303-312 (2016).
- Jin, M., et al. MAP4K4 deficiency in CD4(+) T cells aggravates lung damage induced by ozone-oxidized black carbon particles. Environ Toxicol Pharmacol. 46, 246-254 (2016).
- Brusselle, G. G., Joos, G. F., Bracke, K. R. New insights into the immunology of chronic obstructive pulmonary disease. Lancet. 378, 1015-1026 (2011).
- Valavanidis, A., Vlachogianni, T., Fiotakis, K., Loridas, S. Pulmonary oxidative stress, inflammation and cancer: respirable particulate matter, fibrous dusts and ozone as major causes of lung carcinogenesis through reactive oxygen species mechanisms. Int J Environ Res Public Health. 10, 3886-3907 (2013).
- Medina-Ramon, M., Zanobetti, A., Schwartz, J. The effect of ozone and PM10 on hospital admissions for pneumonia and chronic obstructive pulmonary disease: a national multicity study. Am J Epidemiol. 163, 579-588 (2006).
- Lee, I. M., Tsai, S. S., Chang, C. C., Ho, C. K., Yang, C. Y. Air pollution and hospital admissions for chronic obstructive pulmonary disease in a tropical city: Kaohsiung, Taiwan. Inha Toxicol. 19, 393-398 (2007).
- Triantaphyllopoulos, K., et al. A model of chronic inflammation and pulmonary emphysema after multiple ozone exposures in mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 300, 691-700 (2011).
- Li, F., et al. Effects of N-acetylcysteine in ozone-induced chronic obstructive pulmonary disease model. PLoS ONE. 8, e80782 (2013).
- Li, F., et al. Hydrogen Sulfide Prevents and Partially Reverses Ozone-Induced Features of Lung Inflammation and Emphysema in Mice. Am J Respir Cell Mol Biol. 55, 72-81 (2016).
- Rycroft, C. E., Heyes, A., Lanza, L., Becker, K. Epidemiology of chronic obstructive pulmonary disease: a literature review. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 7, 457-494 (2012).
- Washko, G. R., et al. Airway wall attenuation: a biomarker of airway disease in subjects with COPD. J Appl Physiol. 107, 185-191 (2009).
- Yamashiro, T., et al. Quantitative assessment of bronchial wall attenuation with thin-section CT: An indicator of airflow limitation in chronic obstructive pulmonary disease. AJR Am J Roentgenol. 195, 363-369 (2010).
- Tang, X., et al. Arctigenin efficiently enhanced sedentary mice treadmill endurance. PLoS ONE. 6, e24224 (2011).
- Schmidt, G. A., et al. Official Executive Summary of an American Thoracic Society/American College of Chest Physicians Clinical Practice Guideline: Liberation from Mechanical Ventilation in Critically Ill Adults. Am J Respir Crit Care Med. 195, 115-119 (2017).
- ATS Committee on Proficiency Standards for Clinical Pulmonary Function Laboratories. ATS statement: guidelines for the six-minute walk test. Am J Respir Crit Care Med. 166, 111-117 (2002).
- Shigemura, N., et al. Autologous transplantation of adipose tissue-derived stromal cells ameliorates pulmonary emphysema. Am J Transplant. 6, 2592-2600 (2006).
- Bchir, S., et al. Concomitant elevations of MMP-9, NGAL, proMMP-9/NGAL and neutrophil elastase in serum of smokers with chronic obstructive pulmonary disease. J Cell Mol Med. , 1-12 (2016).
- Fricker, M., Deane, A., Hansbro, P. M. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease. Expert Opin Drug Discov. 9, 629-645 (2014).
- Perez-Rial, S., Giron-Martinez, A., Peces-Barba, G. Animal models of chronic obstructive pulmonary disease. Arch Bronconeumol. 51, 121-127 (2015).
- Antunes, M. A., et al. Effects of different mesenchymal stromal cell sources and delivery routes in experimental emphysema. Respir Res. 15, 118 (2014).
- Celli, B. R., MacNee, W., Force, A. E. T. Standards for the diagnosis and treatment of patients with COPD: a summary of the ATS/ERS position paper. Eur Respir J. 23, 932-946 (2004).
- U.S. Preventive Services Task Force. Screening for chronic obstructive pulmonary disease using spirometry: U.S. Preventive Services Task Force recommendation statement. Ann Intern Med. 148, 529-534 (2008).
- Ward, R. E., et al. Design considerations of CareWindows, a Windows 3.0-based graphical front end to a Medical Information Management System using a pass-through-requester architecture. Proc Annu Symp Comput Appl Med Care. , 564-568 (1991).
