Generazione di un modello di malattia polmonare ostruttiva cronica nei topi da esposizione ripetuta dell'ozono

Summary

Questo studio descrive la generazione di successo di un nuovo modello animale di malattia polmonare ostruttiva cronica (COPD) esponendo ripetutamente topi ad alte concentrazioni di ozono.

Abstract

La broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) è caratterizzata da distruzione parenchimale di flusso d’aria persistente limitazione e del polmone. Ha un’incidenza molto alta nelle popolazioni di invecchiamento. Le attuali terapie convenzionali per BPCO concentrarsi principalmente su sintomo-modificanti; Pertanto, è urgente lo sviluppo di nuove terapie. Modelli animali qualificati della BPCO potrebbero contribuire a caratterizzare i meccanismi di fondo e possono essere utilizzati per lo screening di stupefacenti nuovi. Modelli attuali di COPD, come il lipopolisaccaride (LPS) o l’elastasi pancreatica porcina (PPE)-modello di enfisema indotto, generare COPD-come le lesioni nei polmoni e vie respiratorie ma altrimenti non assomigliano alla patogenesi della BPCO umano. Un fumo di sigaretta (CS)-modello indotto rimane uno dei più popolari perché non solo simula la BPCO-come le lesioni dell’apparato respiratorio, ma si basa anche su uno dei principali materiali pericolosi che le cause della BPCO in esseri umani. Tuttavia, gli aspetti molto tempo e laboriosi del modello indotto da CS drammaticamente limitano l’applicazione in screening di nuovi farmaci. In questo studio, abbiamo generato con successo un nuovo modello di BPCO esponendo topi ad alti livelli di ozono. Questo modello ha dimostrato quanto segue: 1) è diminuito di volume espiratorio forzato di 25, 50 e 75/forzata di capacità vitale (FEV₂₅/FVC, FEV₅₀/FVC e FEV₇₅/FVC), che indica il deterioramento della funzione polmonare; 2) gli alveoli del polmone allargata, con distruzione parenchimale del polmone; 3) ridotto affaticamento tempo e distanza; e 4) ha aumentato l’infiammazione. Presi insieme, questi dati dimostrano che il modello di esposizione (OE) l’ozono è un affidabile modello animale che è simile agli esseri umani perché sovraesposizione di ozono è uno dei fattori eziologici della BPCO. Inoltre, ci sono voluti solo 6-8 settimane, basate sul nostro lavoro precedente, per creare un modello di OE, considerando che richiede 3-12 mesi per indurre il modello di fumo di sigaretta, che indica che il modello di OE potrebbe essere una buona scelta per la ricerca di BPCO.

Introduction

Si prevede infatti che la BPCO, tra cui l’enfisema e la bronchite cronica, potrebbe essere la terza causa di morte nel mondo nel 2020^1,2. L’incidenza potenziale della BPCO in una popolazione di oltre 40 anni di età è stimata essere 12,7% nei maschi e 8,3% in femmine entro i prossimi 40 anni³. No farmaci attualmente disponibili invertire il deterioramento progressivo in COPD pazienti⁴. Affidabili modelli animali della BPCO non solo esigono l’imitazione del processo patologico della malattia ma richiedono anche un generazione di breve periodo. Attuali modelli di BPCO, tra cui il LPS o un modello PPE-indotta, possono indurre sintomi simil-enfisema^5,6. Una singola somministrazione o una sfida di settimana di LPS o PPE per risultati di topi o ratti in neutrophilia contrassegnato nel fluido di lavaggio broncoalveolare (BALF), aumenti di mediatori pro-infiammatori (per esempio, TNF-α e IL-1 β) nel BALF o siero, produce del polmone parenchimali distruzione-ingrandetta aria spazi e limiti del flusso d’aria^5,6,7,8,9,10. Tuttavia, LPS o PPE non sono cause della BPCO umana e non imitare così il processo patologico¹¹. Un modello indotto da CS prodotto una limitazione al flusso aereo persistente, la distruzione parenchimatica del polmone e ridotta capacità di esercizio funzionale. Tuttavia, un protocollo di CS tradizionale richiede almeno 3 mesi per generare un COPD modello^12,13,14,15. Pertanto, è importante generare un nuovo modello animale più efficiente che soddisfa i requisiti di due.

Recentemente, oltre al fumo di sigaretta, inquinamento atmosferico e l’esposizione professionale sono diventati più comuni cause di BPCO^16,17,18. L’ozono, come uno dei principali inquinanti (anche se non è la componente principale dell’inquinamento atmosferico), direttamente può reagire con le vie respiratorie e danneggiare il tessuto polmonare dei bambini e dei giovani adulti^{19,20,21 ,22,23,24,25}. Ozono, come pure altri stimolatori inclusi LPS, PPE e CS, sono coinvolti in una serie di vie biochimiche dello stress ossidativo polmonare e danno del DNA e sono collegati all’avvio e alla promozione di BPCO^26,27. Un altro fattore è che i sintomi di alcuni pazienti BPCO si deteriorano dopo essere stati esposti all’ozono, che indica che l’ozono può interrompere polmone funzione^18,28,29. Di conseguenza, abbiamo generato un nuovo modello di BPCO esponendo ripetutamente topi ad alte concentrazioni di ozono per 7 settimane; Ciò ha provocato difetti di flusso d’aria e danni parenchimali polmonari simili a quelli di precedenti indagini^30,31,32. Abbiamo prolungato il protocollo OE ai topi femminili in questo studio e riprodotto con successo dell’enfisema osservato nei topi maschi in nostri precedenti studi^30,31,32. Perché BPCO mortalità è diminuita negli uomini, ma aumentato nelle donne in molti paesi³³, è necessario un modello di BPCO nelle femmine di studiare i meccanismi e per sviluppare metodi terapeutici per pazienti BPCO femminili. L’applicabilità del modello OE per tutti i generi fornisce ulteriore sostegno al suo uso come un modello di BPCO.

Protocol

Nota: OE il modello è stato generato e utilizzato nella ricerca precedentemente segnalati 30 , 31 , 32. Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati approvati dal istituzionale Animal Care e uso Committee (IACUC) di Shanghai Jiaotong University. 1. topi casa esenti da patogeni, 7 a 9-week-old femminili topi BALB/c in gabbie individuali ventilate in un animale impianto sotto controlla…

Representative Results

Esempi di immagini 3D µCT di ogni gruppo vengono visualizzati nella Figura 1un. I topi esposti a ozono hanno avuti un volume polmonare totale significativamente più grande (Figura 1un e b) e LAA % (Figura 1c) che ha fatto i topi di controllo aria-esposti. Il volume polmonare e LAA % è rimanere elevati dopo sei settimane di ozono esposizione<sup cl…

Discussion

In questo studio, presentiamo un metodo affidabile per la generazione di un nuovo modello di BPCO. Rispetto ad altri modelli (cioè, LPS o modelli di dpi), questo modello di OE ricapitola il processo patologico di pazienti con BPCO. Poiché il fumo di sigaretta è il principale materiale pericoloso che le cause della BPCO in pazienti umani⁴⁰, il modello CS rimane il più popolare BPCO modello^41,42. Tuttavia, il modello CS richiede…

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.