Summary

アレルギー性接触皮膚炎のマウスモデルとしての接触過敏症

Published: September 26, 2022
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Summary

接触過敏症(CHS)は、アレルギー性接触皮膚炎(ACD)のマウス実験モデルである。CHSは、胸部および腹部の剃毛された皮膚を塗ることによって反応性ハプテンによる感作に基づいており、その後の耳の皮膚の課題を希釈ハプテンで、様々な方法で評価される腫脹反応を引き起こす。

Abstract

接触過敏症(CHS)は、マウスで研究することができるアレルギー性接触皮膚炎(ACD)の実験モデルである。この研究は、様々な試験によって測定および定量化することができるマウスにおけるCHS反応を研究するのに役立つかもしれない客観的な実験室法を提示することを目的としている。CHSを誘導するために、「0」日目に、マウスをアセトン – エタノール混合物中のハプテン2,4,6−トリニトロクロロベンゼン(TNCB)による腹部皮膚塗装によって予め剃毛したスポット上で感作し、一方、陰性対照マウスは、ビヒクル単独 – アセトン – エタノール混合物で偽感作した。「4」日目に、試験群および対照群の両方で希釈TNCBで両耳を塗ることによってCHSの惹起(チャレンジ)の前にベースライン耳厚をマイクロメーターで測定した。24時間後、耳の腫れをマイクロメーターで測定した。CHSは、炎症を起こした組織に腫脹を引き起こすT細胞媒介性免疫応答の一例であり、同じハプテンによる皮膚チャレンジの24時間後にピークに達する。耳水腫の増加は、耳の体重の増加、ミエロペルオキシダーゼ(MPO)活性、耳抽出物中の前炎症性サイトカイン濃度、組織学的検査における浮腫性真皮の肥厚の増加、および耳の血管透過性と相関した。対照マウスと比較した場合、試験群の血清中のTNP特異的IgG1抗体の濃度も増加した。さらに、CHSは、以前にTNCBで感作されたドナーから得られたCHSエフェクター細胞を用いて首尾よく転写することができる。CHSエフェクター細胞をナイーブレシピエントマウスに静脈内投与し、その後、同じ希釈ハプテンでチャレンジした。耳の腫れは、24時間後にマイクロメーターで測定した。

Introduction

アレルギー性接触皮膚炎(ACD)は、ハプテンと呼ばれる低分子量化学物質への曝露に起因するIV型過敏反応によって引き起こされる先進国における一般的な皮膚炎症性疾患である。ヒトにおける接触感作を引き起こす物質には、重金属イオン(クロム、ニッケル、鉄、コバルト)、テルペンチン、化粧品中に存在する香料、染料、および防腐剤(例えば、パラフェニレンジアミン)、いくつかの薬物(例えば、ネオマイシン、ベンゾカイン)、βラクタム系抗生物質(すなわち、ペニシリン)、植物によって産生される化学物質(ペンタデカカテコール、ポイズンツタに存在する物質)、ならびに写真産業で使用されるヒドロキノンが含まれる1,2.ACD病因薬は、産業だけで100,000以上の化学物質が使用され、毎年2,000の新しい化学物質が合成されているため、非常に高いです。現在までに、ハプテン/アレルゲンに接触している可能性のある3,700以上の分子が同定されています3。接触過敏反応(CHS)は、マウス、モルモット、ラットで研究することができ、有機溶媒に溶解した反応性化学ハプテンの局所皮膚適用によって誘発され得るACDの実験モデルである4,5,6この研究は、様々な試験によって測定および定量化することができるマウスにおけるCHS反応を研究するのに役立つかもしれない客観的な実験室法を記述することを目的としている。

CHSは感作(誘導)相とエフェクター(チャレンジ)相からなる。動物モデルでは、ハプテンはまず体内のタンパク質に共有結合してネオ抗原を作り出します。感作期の間、活性化ケラチノサイトは、炎症誘発性サイトカイン腫瘍壊死因子α(TNF-α)およびインターロイキン1β(IL-1β)7を産生することにより、皮膚樹状細胞(sDC)の遊走および成熟を促進する7。表皮ランゲルハンス細胞(LC)は、CHS誘導およびエフェクター相8の間に抗原を提示する。感作中にハプテンに曝露されたLCは、調節細胞およびエフェクター細胞の両方の誘導を促進する9。いくつかの研究からの証拠の増加は、CHS応答が、CD4+ MHCクラスII制限性Th1細胞、特徴的な炎症性浸潤物を採用するためにインターフェロンγ(IFN-γ)を局所的に放出すること、IFN-γも放出することができるが、ほとんどがケラチノサイトへの細胞傷害性損傷を媒介するCD8+ MHCクラスI制限性Tc1リンパ球、および現在インターロイキン17(IL-17)産生Th17細胞10によって媒介され得ることを示唆している11.

様々な種1 21314およびハプテンを用いたいくつかの異なるCHSモデルが開発されている(異なるハプテン、溶媒および適用時間の詳細な比較は表1に要約されている)。頻繁に使用される実験種であるマウスは、CHSの研究においていくつかの利点を提供する。マウスには他の種に比べて系統、ノックアウト(KO)、トランスジェニック動物が多く、非常に魅力的な動物となっています15。さらに、CHSモデルには多くの動物が必要であり、マウスはここでより経済的です。動物モデルは、すべての面でACDを模倣するわけではない。特に、彼らは人間には一般的ではない痂皮と落屑を示しています16,17。慢性疾患の特徴は、主に記載されたモデルが長期間にわたってハプテンの適用を想定していないため、再現が困難である。しかし、ACDの重要な側面の多くが再現されていることがここで確認されています。また、ヒトと同様に、これらの特徴は局所アレルギー反応と関連していることも示されている。このプロトコルで概説されているハプテン、その溶媒、およびその用途の選択は、結果が多数のインビトロ試験によって確認されており、現在のバージョンが確立されるまで長年にわたって実験室で試験および修正されたという事実によって決定された。マウスモデルは、ACDの発症に関与し、新しい治療法の前臨床評価に不可欠な細胞サブセットまたはサイトカインの分析を可能にする。

Protocol

この記事で紹介したすべての実験は、クラクフの第1回動物実験に関する地方倫理委員会のガイドラインに従って実施されました。記載されているすべての手順は、特にケタミン/キシラジンを麻酔薬として使用すること、耳の両側を使用して物質/ハプテンを塗布すること、耳を切り落とすこと、および眼球除去による血液の採取に関して、地元の勧告に従って実施された。本研究には、生後6…

Representative Results

CHS誘導のために、動物を、150μLの5%TNCBまたは偽物を用いて、ビヒクル単独で感作した皮膚塗装(腹部) を介して 感作した。「4」日目に、TNCBで以前に接触感作したマウス(試験群)および対照群マウス(偽感作)の両マウスにおいて、0.4%TNCBの10 μLによる接触塗装(チャレンジ)により両耳の耳膨潤応答を誘導した。提示されたデータは、TNCBで感作し、4日後にチャレンジしたマウスが、同様にチ…

Discussion

CHSは、皮膚中の自己タンパク質抗原に結合し、ネオ抗原を生成するハプテン を介して 誘導される。CHSは、循環抗原特異的CHSエフェクターT細胞の局所的な血管外動員によって媒介され、これは、チャレンジ組織において腫脹をもたらし、二次皮膚を同じハプテンに曝露してから24時間後にピークに達する6。組織の腫脹は、主に、白血球および白血球依存性フィブリン?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、subvention SUBZによって支持された。ヴロツワフの医科大学のA020.22.060, ポーランド, 科学高等教育省からの助成金によって N N401 545940 MSとIP2012 0443 72 MMSに.

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

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Zemelka-Wiacek, M., Majewska-Szczepanik, M., Gajdanowicz, P., Szczepanik, M. Contact Hypersensitivity as a Murine Model of Allergic Contact Dermatitis. J. Vis. Exp. (187), e64329, doi:10.3791/64329 (2022).

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