Ipersensibilità da contatto come modello murino di dermatite allergica da contatto
Summary
L’ipersensibilità da contatto (CHS) è un modello sperimentale murino di dermatite allergica da contatto (ACD). ChS si basa sulla sensibilizzazione con hapten reattivo dipingendo la pelle rasata del torace e dell’addome, con una successiva sfida della pelle dell’orecchio con un hapten diluito, causando una reazione di gonfiore che viene valutata in vari modi.
Abstract
L’ipersensibilità da contatto (CHS) è un modello sperimentale di dermatite allergica da contatto (ACD) che può essere studiato nei topi. Questo studio mira a presentare un metodo di laboratorio oggettivo che può aiutare a studiare la reazione CHS nei topi, che può essere misurata e quantificata da vari test. Per indurre CHS, il giorno “0”, i topi sono stati sensibilizzati su un punto precedentemente rasato dipingendo la pelle addominale con l’apteten 2,4,6-trinitroclorobenzene (TNCB) in una miscela acetone-etanolo, mentre i topi a controllo negativo sono stati sensibilizzati fintamente con la miscela veicolo da solo-acetone-etanolo. Il giorno “4”, lo spessore dell’orecchio di base è stato misurato con un micrometro prima dell’elicitazione di CHS (sfida) dipingendo entrambe le orecchie con TNCB diluito sia nel gruppo di prova che in quello di controllo. Dopo 24 ore, il gonfiore dell’orecchio è stato misurato con un micrometro. CHS è un esempio di una risposta immunitaria mediata da cellule T che provoca gonfiore nel tessuto infiammato, con un picco di 24 ore dopo la sfida cutanea con lo stesso apteno. Un aumento dell’edema dell’orecchio correlato all’aumento del peso dell’orecchio, all’attività della mieloperossidasi (MPO), alla concentrazione di citochine pro-infiammatorie negli estratti dell’orecchio, all’aumento dell’ispessimento del derma edematoso nell’esame istologico e alla permeabilità vascolare dell’orecchio. C’è stato anche un aumento della concentrazione di anticorpi IgG1 specifici del TNP nei sieri del gruppo di test rispetto ai topi di controllo. Inoltre, chs può essere trasferito con successo con le cellule effettrici CHS ottenute da donatori precedentemente sensibilizzati con TNCB. Le cellule effettrici CHS sono state somministrate per via endovenosa in topi riceventi naïve, che sono stati successivamente sfidati con lo stesso apteno diluito. Il gonfiore dell’orecchio è stato misurato con un micrometro 24 ore dopo.
Introduction
La dermatite allergica da contatto (ACD) è una comune malattia infiammatoria della pelle nei paesi industrializzati causata da una reazione di ipersensibilità di tipo IV derivante dall’esposizione a sostanze chimiche a basso peso molecolare chiamate apteni. Le sostanze che causano sensibilizzazione al contatto nell’uomo includono ioni di metalli pesanti (cromo, nichel, ferro, cobalto), trementina, profumi, coloranti e conservanti presenti nei cosmetici (ad esempio, p-fenilendiammina), alcuni farmaci (ad esempio, neomicina, benzocaina), antibiotici β-lattamici (cioè penicillina), sostanze chimiche prodotte dalle piante (pentadecacatecolo, una sostanza presente nell’edera velenosa), nonché idrochinone-utilizzato nell’industria fotografica 1,2 . Gli agenti eziologici ACD sono molto alti in quanto oltre 100.000 sostanze chimiche sono utilizzate solo nell’industria e 2.000 nuove vengono sintetizzate ogni anno. Ad oggi, sono state identificate più di 3.700 molecole che possono essere apteni/allergeni da contatto3. La reazione di ipersensibilità al contatto (CHS) è un modello sperimentale di ACD che può essere studiato in topi, porcellini d’India e ratti e può essere indotto dall’applicazione topica cutanea di apteni chimici reattivi disciolti in solventi organici 4,5,6. Questo studio mira a descrivere un metodo di laboratorio oggettivo che può aiutare a studiare la reazione CHS nei topi, che può essere misurata e quantificata da vari test.
Il CHS è costituito da fasi di sensibilizzazione (induzione) ed effettore (sfida). Nei modelli animali, gli apteni si legano prima covalentemente alle proteine del corpo per creare neoantigeni. Durante la fase di sensibilizzazione, i cheratinociti attivati favoriscono la migrazione e la maturazione delle cellule dendritiche cutanee (sDC) producendo citochine pro-infiammatorie-fattore di necrosi tumorale α (TNF-α) e interleuchina 1β (IL-1β)7. Le cellule epidermiche di Langerhans (LCs) presentano antigeni durante l’induzione chs e le fasi effettrici8. Le LC esposte all’aptene durante la sensibilizzazione promuovono l’induzione delle cellule regolatorie ed effettrici9. Prove crescenti da diversi studi suggeriscono che le risposte CHS possono essere mediate da cellule Th1 cd4 + MHC di classe II limitate, rilasciando localmente interferone-γ (IFN-γ) per impiegare un caratteristico infiltrato infiammatorio, linfociti Tc1 CD8 + MHC di classe I che possono anche rilasciare IFN-γ ma soprattutto mediare danni citotossici ai cheratinociti, e ora anche le cellule Th17 che producono interleuchina 17 (IL-17)10, 11.
Sono stati sviluppati diversi modelli CHS che impiegano varie specie1 2,13,14 e apteni (un confronto dettagliato di diversi apteni, solventi e tempo di applicazione è riassunto nella Tabella 1). Il topo, una specie di laboratorio frequentemente utilizzata, offre alcuni vantaggi nello studio della CHS. Ci sono più ceppi, knockout (KO) e animali transgenici tra i topi rispetto ad altre specie, il che li rende un animale molto attraente15. Inoltre, il modello CHS richiede molti animali e i topi sono più economici qui. I modelli animali non imitano l’ACD in tutti gli aspetti; in particolare, mostrano croste e desquamazione, che non è comune perl’uomo 16,17. Le caratteristiche della malattia cronica sono difficili da riprodurre, principalmente perché il modello descritto non presuppone l’applicazione dell’apteno per un lungo periodo di tempo. Tuttavia, è stato confermato qui che molti degli aspetti significativi dell’ACD sono riprodotti. È stato anche dimostrato che, come negli esseri umani, queste caratteristiche sono associate a reazioni allergiche locali. La scelta dell’apteno, il suo solvente e la sua applicazione delineati in questo protocollo sono stati dettati dal fatto che i risultati sono stati confermati da numerosi test in vitro e che è stato testato e modificato in laboratorio per molti anni fino a quando non è stata stabilita la versione attuale. I modelli murini consentono l’analisi dei sottoinsiemi cellulari o delle citochine che sono coinvolti nello sviluppo dell’ACD e sono essenziali per le valutazioni precliniche di nuovi trattamenti.
Protocol
Representative Results
Discussion
La CHS è indotta tramite apteni, che si legano agli antigeni autoproteici nella pelle, creando neoantigeni. La CHS è mediata dal reclutamento extravascolare locale di cellule T effettrici CHS antigene-effettrici circolanti, che provoca gonfiore nel tessuto sfidato, con un picco di 24 ore dopo l’esposizione della pelle secondaria allo stesso aptenato6. Il gonfiore del tessuto è causato principalmente dall’infiltrazione di leucociti e dalla deposizione di fibrina leucocitaria-dipendente<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato supportato dalla sovvenzione SUBZ. A020.22.060 dell’Università di Medicina di Wroclaw, Polonia, e da sovvenzioni del Ministero della Scienza e dell’Istruzione Superiore N N401 545940 a MS e IP2012 0443 72 a MMS.
Materials
| 70% ethanol | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 65350-M | for surface disinfection |
| 96-well flat-bottom plates, polypropylene | Greiner Bio-One GmbH, Kremsmunster, Austria | 655101 | for MPO and Evans blue measurement – plates should be made of polypropylene, that has a lower binding capacity so proteins or DNA will not bind |
| Acetone (ACS reagent, ≥99.5%) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 179124 | |
| Aluminum foil | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | Z185140 | |
| Analytical balance | Sartorius Weighing Technology GmbH, Goettingen, Germany | PRACTUM224-1s, 29105177 | |
| Automated tissue processor | MediMeas Instruments, Sarsehri, Haryana, India | MTP-E-212 | automatically prepare tissue samples by fixing, dehydrating, clearing, and infiltrating them with paraffin |
| BD Vacutainer SST II Advance (tube with gel for obtaining serum) | Becton Dickinson (BD), Franklin Lakes, NJ, USA | BD 366882 | |
| Bicinchoninic acid kit for protein determination | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | BCA1-1KT | |
| Biotin Rat Anti-Mouse IgG1 | Becton Dickinson (BD Biosciences), Franklin Lakes, NJ, USA | 553441 | |
| BSA (bovine serum albumine) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | A9418 | protein assays & analysis, 2 mg/mL |
| Cell strainer, pore size 70 μm | BIOLOGIX, China | 15-1070 | suitable for 50 mL tubes |
| Coverslip | VWR, Radnor, Pennsylvania, United States | 631-1583 | 24 mm, but it possible to use different size |
| Disposable pipettes capacity: 5 mL, 10 mL, 25 mL | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | Z740301, Z740302, Z740303 | |
| DPBS (Dulbecco′s phosphate buffered saline) | ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA | 14190144 | no calcium, no magnesium, mammalian cell culture |
| DPX Mountant for histology | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 6522 | mounting media for H-E, might be used some other e.g, Canada balsam |
| Dumont 5 tweezers – straight | Animalab, Poznan, Poland | 11251-10FST | surgical instruments for procedures on mice (should be steriled) |
| Dumont 7 tweezers – bent | Animalab, Poznan, Poland | 11272-50FST | surgical instruments for procedures on mice (should be steriled) |
| Eosin Y solution, alcoholic | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | HT110116 | |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes 1.5 mL | Eppenforf, Germany | 3,01,20,086 | polypropylene |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 2.0 mL | Eppenforf, Germany | 3,01,20,094 | polypropylene, round bottom (the homogenization beads can easily move) |
| Ethanol 100% (absolute alkohol) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.07017 | |
| Ethanol 96% | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.59010 | |
| Evans blue | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | E2129 | |
| FBS (fetal bovine serum) | ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA | A3160802 | |
| Formalin solution, neutral buffered, 10% | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | HT501128 | |
| Formamide 99.5% (GC) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | F7503 | |
| Freezer -20 °C | Bosch, Germany | GSN54AW30 | |
| Fridge +4 °C / freezer -20 °C | Bosch, Germany | KGV36V10 | mammalian Cell Culture, qualified, Brazil, 10 x 50 mL |
| Glass microskope slides, SuperFrost Plus | VWR, Radnor, Pennsylvania, United States | 631-0108, 631-0446, 631-0447, 631-0448, 631-0449 | Slides that eliminates the need to apply adhesive materials or protein coatings, to preventing any tissue sections loss during staining. |
| Graph Pad Prism | GraphPad Software Inc. | v. 9.4.0 | |
| Grey soap | Pollena Ostrzeszów, Producent Chemii Gospodarczej Sp. Z.o.o. , Sp. K., Poland | Bialy jelen soap bar | grey Soap Bar Natural Hypoallergenic. Generally available product |
| H2SO4 (sulfuric acid) 1 mol/l (1 M) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.60313 | |
| Harris hematoxylin solution | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | HHS16 | |
| Hemocytometer | VWR, Avantor, U.S.A | 612-5719 | manual counting chamber is recommend, which is more accurate |
| Hexadecyltrimethylammonium bromide | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | H5882 | |
| Homogenizer | QIAGEN Hilden, Germany | Tissue Lyser LT, SN 23.1001/05234 | homogenizer with stainless steel beads (diameter 5 mm) for 2 mL centrifuge tubes |
| Horseradish peroxidase streptavidin (HRP streptavidin) | Vector Laboratories, Inc., Burlingame, CA, USA | SA-5004-1 | |
| Hydrogen peroxide solution (H202) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | H1009 | |
| Incubator Heracell 150i | Thermo Electron LED Gmbh, Germany | 41071068 | 37 oC in the atmosphere of 5 % CO2, and 65 0C for deparaffinization the sections for histology |
| Ketamine 100 mg/mL, solution for injection | Biowet Pulawy Sp. z o.o., Pulawy, Poland | cat.# not avaliable | |
| KH2PO4 (potassium dihydrogen phosphate) 99.995% anhydrous basis | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.05108 | |
| Laboratory Centrifuge | Heraeus Megafuge 1.0R, Thermo Scientific, Germany | B00013899 | speed to 300 x g, with cooling to 4 0C |
| Laboratory Centrifuge | Heraeus Fresco 21, Thermo Scientific, Germany | 75002425 | speed to 3,000 x g, with cooling to 4 0C |
| Mask (FFP2) | VWR, Radnor, Pennsylvania, United States | 111-0917 | for working with ortho-dianisine dihydrochloride |
| Mice | Breeding unit of the Chair of Biomedical Sciences, Faculty of Health Sciences, Jagiellonian University Medical College, Krakow, Poland | CBA/J, C57BL/6 | |
| Micrometer | Mitutoyo, Tokyo, Japan | 193-111 | digit Outside Micrometer, Ratchet Stop, 0-25mm Range, 0.001mm Graduation, +/-0.002mm Accuracy, https://shop.mitutoyo.pl/web/mitutoyo/pl_PL/all/all/Mikrometr%20analogowy%20/PR/193-111/index.xhtml |
| microplate, 96 well, microlon, high binding (for ELISA test) | Greiner Bio-One GmbH, Kremsmunster, Austria | 655061 | with maxi-sorp binding surfaces for reliable and reproducible results in colormetric assays |
| Microscope with objectives | Leica Microsystems CMS GmbH, Germany | DM1000, 294011-082007 | histology presented in the paper was performed under ThermoFisher Scientific EVOS M5000 Imaging System, with objectives: FL 20X LWDPH, 0.40NA/3.1WD and FL 40X LWDPH 0.65NA/1.79WD |
| Myeloperoxidase from human leukocytes (MPO standard) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | M6908 | |
| Na2HPO4 x 7 H2O (sodium phosphate dibasic heptahydrate) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | S9390 | |
| Olive-oil | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 75343 | pure, natural |
| OptEIA Mouse IFN-γ ELISA Set | Becton Dickinson (BD Biosciences), Franklin Lakes, NJ, USA | 555138 | |
| Ortho-dianisine dihydrochloride | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | D3252 | |
| Paraffin wax | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 76242 | beads, waxy solid |
| PBS (phosphate buffered saline) | ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA | 20012027 | pH 7.2, mammalian cell culture |
| ph meter | Elmetron, Poland | CP-401 | |
| Pipettes, variable volume with tips | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | EP3123000900-1EA | 3-pack, Option 1, 0.5-10 uL/10-100 uL/100-1000 uL, includes epT.I.P.S. |
| Razor blade | VWR, Radnor, Pennsylvania, United States | PERS94-0462 | scraper and cutter blades, single edge, aluminium spine, 100 blades per box, individually wrapped |
| Rotary microtome | MRC Laboratory-Instruments, Essex, CM20 2HU UK | HIS-202A | |
| Scissors – straight, sharp / sharp | Animalab, Poznan, Poland | 14060-10FST | Surgical instruments for procedures on mice (should be steriled) |
| Screw cap (open top) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 27056 | black polypropylene hole cap, for use with 22 mL vial with 20-400 thread |
| Spectrophotometer | BioTek Instruments, U.S.A | 201446 | universal microplate spectrophotometer: λ range: 200 – 999 nm, absorbance measurement range: 0.000 – 4.000 Abs |
| Staining dish 20 slides with rack | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | S6141 | e.g. 20 slide staining dishes complete with covers, slide rack and handle |
| Sterile Disposable Biopsy Punch 6mm | Integra LifeSciences, Princeton, NJ, USA | 33-36 | |
| Surgical scissors | Animalab, Poznan, Poland | 52138-46 | surgical instruments for procedures on mice (should be steriled) |
| Tissue processing cassettes | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | Z672122 | tissue processing/ embedding cassettes with lid |
| TMB Substrate Reagent Set | Becton Dickinson (BD Biosciences), Franklin Lakes, NJ, USA | 555214 | |
| TNCB (2,4,6-trinitrochlorobenzene) | Tokyo Chemical Industry CO., LTD, Japan | C0307 | |
| TNP-BSA (bovine serum albumin conjugated with 2,4,6-trinitrophenyl) | Biosearch Technologies LGC, Petaluma, CA, USA | T-5050 | |
| T-PER (tissue protein extration reagent) | ThermoFisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA | 78510 | |
| Tubes 15 mL sterile | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | CLS430055 (Corning) | polypropylene, conical bottom |
| Tubes 50 mL, sterile | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | CLS430290 (Corning) | polypropylene, conical bottom |
| Tween 20 | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | P1379 | |
| Vials, screw top, clear glass (vial only) 22 mL | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 27173 | for the preparation of hapten, screwed on so that it does not evaporate |
| Water bath | AJL Electronic, Poland | LW102 | |
| Wax (paraffin) dispenser | VWR, Radnor, Pennsylvania, United States | 114-8737 | |
| Xylazine (xylapan 20 mg/mL) solution for injection | Vetoquinol Biowet Sp. z o.o., Gorzow Wielkopolski, Poland | cat.# not avaliable | |
| Xylene (histological grade) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 534056 |
References
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