En silikosmusmodell som fastställts genom upprepad inandning av kristallint kvartsdamm
Summary
Detta protokoll beskriver en metod för att etablera en musmodell av silikos genom upprepad exponering för kiseldioxidsuspensioner via ett näsdropp. Denna modell kan effektivt, bekvämt och flexibelt efterlikna den patologiska processen för human silikos med hög repeterbarhet och ekonomi.
Abstract
Silikos kan orsakas av exponering för andningskristallint kvartsdamm (CSD) i en industriell miljö. Patofysiologin, screeningen och behandlingen av silikos hos människor har alla studerats utförligt med hjälp av mussilikosmodellen. Genom att upprepade gånger få möss att andas in CSD i lungorna kan mössen efterlikna de kliniska symtomen på human silikos. Denna metod är praktisk och effektiv när det gäller tid och produktion och orsakar inte mekanisk skada på de övre luftvägarna på grund av operation. Dessutom kan denna modell framgångsrikt efterlikna akut/kronisk transformationsprocess av silikos. De viktigaste förfarandena var följande. Det steriliserade 1-5 μm CSD-pulvret maldes helt, suspenderades i saltlösning och dispergerades i ett ultraljudsvattenbad i 30 minuter. Möss under isofluraninducerad anestesi övergick från ytlig snabb andning till djup, långsam aspiration i cirka 2 sekunder. Musen placerades i en handflata och tumspetsen rörde försiktigt vid läppkanten på musens käke för att räta ut luftvägarna. Efter varje utandning andades mössen in kiseldioxidsuspensionen droppe för droppe genom ena näsborren, vilket slutförde processen inom 4-8 sekunder. Efter att mössens andning hade stabiliserats smektes och smektes deras bröstkorg för att förhindra att den inandade CSD:n hostades upp. Mössen sattes sedan tillbaka i buren. Sammanfattningsvis kan denna modell kvantifiera CSD längs den typiska fysiologiska passagen av små partiklar in i lungan, från de övre luftvägarna till de terminala bronkiolerna och alveolerna. Det kan också replikera den återkommande exponeringen av anställda på grund av arbete. Modellen kan utföras av en person och behöver ingen dyr utrustning. Den simulerar bekvämt och effektivt sjukdomsegenskaperna hos human silikos med hög repeterbarhet.
Introduction
Arbetstagare utsätts oundvikligen för oregelbundet kristallint kvartsdamm (CSD), som kan andas in och är giftigare i många yrkessammanhang, inklusive gruvdrift, keramik, glas, kvartsbearbetning och betong 1,2. Ett kroniskt damminandningstillstånd som kallas silikos orsakar progressiv lungfibros3. Enligt epidemiologiska data har förekomsten av silikos minskat globalt under de senaste decennierna, men under de senaste åren har den ökat och drabbat yngre människor 4,5,6. Den underliggande mekanismen för silikos utgör en betydande utmaning för vetenskaplig forskning på grund av dess smygande debut och utdragna inkubationstid. Det är fortfarande okänt hur silikos utvecklas. Dessutom finns det inga nuvarande mediciner som kan stoppa utvecklingen av silikos och reversera lungfibros.
De nuvarande musmodellerna för silikos involverar trakealt intag av en blandad suspension av CSD. Att till exempel administrera CSD i lungorna genom att anta cervikalt luftstrupstrauma efter anestesi överensstämmer inte med upprepad mänsklig exponering för färgdamm7. Effekterna av exponering för omgivande damm på individer kan studeras genom att utsätta dem för CSD i form av aerosoler, vilket mer exakt återspeglar miljökoncentrationerna av detta giftiga ämne8. Omgivnings-CSD kan dock inte bara andas in direkt i lungorna på grund av den unika fysiologiska strukturen hos musnäsan9. Dessutom är utrustningen som är förknippad med denna teknik dyr, vilket har fått forskare att omvärdera mussilikosmodellen10. Genom att inhalera CSD-suspension genom ett näsdropp fem gånger inom 2 veckor var det möjligt att bygga en dynamisk modell av silikos. Denna modell är konsekvent och säker samtidigt som den är lätt att använda. Det är viktigt att notera att denna studie tillåter upprepad inandning av CSD hos möss. Mussilikosmodellen som skapats genom denna procedur förväntas vara mer fördelaktig för forskningskraven.
Protocol
Representative Results
Discussion
Silikosmusmodeller är avgörande för att studera patogenesen och behandlingen av silikos. Detta protokoll beskriver en metod för att förbereda en modell av silikos hos möss genom upprepad nasal exponering. Denna metod gör det möjligt att studera de patologiska egenskaperna hos silikos som induceras av olika exponeringstider. Mössen sövdes i respirator och deras andningsfrekvens övervakades. Den initiala korta, snabba andningsfrekvensen avtog och fördjupades gradvis med tiden. Narkosen fick mössens muskler att…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes av University Synergy Innovation Program i Anhui-provinsen (GXXT-2021-077) och Anhui University of Science and Technology Graduate Innovation Fund (2021CX2120).
Materials
| 0.5 mL tube | Biosharp | BS-05-M | |
| 10% formalin neutral fixative | Nanchang Yulu Experimental Equipment Co. | NA | |
| Adobe Illustrator | Adobe | NA | |
| Alcohol disinfectant | Xintai Kanyuan Disinfection Products Co. | NA | |
| CD68 | Abcam | ab125212 | |
| Citrate antigen retrieval solution | biosharp life science | BL619A | |
| DAB chromogenic kit | NJJCBio | W026-1-1 | |
| Dimethyl benzene | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | NA | |
| Enhanced BCA protein assay kit | Beyotime Biotechnology | P0009 | |
| Hematoxylin and Eosin (H&E) | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| HRP substrate | Millipore Corporation | P90720 | |
| HRP-conjugated Affinipure Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Proteintech | Sa00001-2 | |
| Iceacetic acid | West Asia Chemical Technology (Shandong) Co | NA | |
| ImageJ | NIH | NA | |
| Isoflurane | RWD Life Science | R510-22 | |
| Masson's Trichrome stain kit | Solarbio | G1340 | |
| Methanol | Macklin | NA | |
| Microtubes | Millipore | AXYMCT150CS | |
| NF-κB p65 | Cell Signaling Technology | 8242S | |
| Oscillatory thermostatic metal bath | Abson | NA | |
| Paraffin embedding machine | Precision (Changzhou) Medical Equipment Co. | PBM-A | |
| Paraffin Slicer | Jinhua Kratai Instruments Co. | NA | |
| Phosphate buffer (PBS) | Biosharp | BL601A | |
| Physiological saline | The First People's Hospital of Huainan City | NA | |
| Pipettes | Eppendorf | NA | |
| PMSF | Beyotime Biotechnological | ST505 | |
| Polarized light microscope | Olympus | BX51 | |
| Precision balance | Acculab | ALC-110.4 | |
| Prism7.0 | GraphPad | Version 7.0 | |
| PVDF membranes | Millipore | 3010040001 | |
| RIPA lysis buffer | Beyotime Biotechnology | P0013B | |
| RODI IOT intelligent multifunctional water purification system | RSJ | RODI-220BN | |
| Scilogex SK-D1807-E 3D Shaker | Scilogex | NA | |
| SDS-PAGE gel preparation kit | Beyotime Biotechnology | P0012A | |
| Silicon dioxid | Sigma | #BCBV6865 | |
| Sirius red staining | Nanjing SenBeiJia Biological Technology Co., Ltd. | 181012 | |
| Small animal anesthesia machine | Anhui Yaokun Biotech Co., Ltd. | ZL-04A | |
| Universal Pipette Tips (0.1–10 µL) | KIRGEN | KG1011 | |
| Universal Pipette Tips (100–1000 µL) | KIRGEN | KG1313 | |
| Universal Pipette Tips (1–200 µL) | KIRGEN | KG1212 | |
| Vortex mixer | VWR | NA | |
| ZEISS GeminiSEM 500 | Zeiss Germany | SEM 500 | |
| β-actin | Bioss | bs-0061R |
References
- Olsson, A., Kromhout, H. Occupational cancer burden: the contribution of exposure to process-generated substances at the workplace. Molecular Oncology. 15 (3), 753-763 (2021).
- The Lancet Respiratory. The world is failing on silicosis. The Lancet. Respiratory Medicine. 7 (4), 283 (2019).
- Weissman, D. N. Progressive massive fibrosis: An overview of the recent literature. Pharmacology & Therapeutics. 240, 108232 (2022).
- Lancet, C. C., Yu, I. T., Chen, W. Silicosis. Lancet. 379 (9830), 2008-2018 (2012).
- Mazurek, J. M., Wood, J., Blackley, D. J., Weissman, D. N. Coal workers’ pneumoconiosis-attributable years of potential life lost to life expectancy and potential life lost before age 65 years – United States, 1999-2016. MMWR. Morbidity and Mortality Weekly Report. 67 (30), 819-824 (2018).
- Voelker, R. Black Lung resurgence raises new challenges for coal country physicians. JAMA. 321 (1), 17-19 (2019).
- Nakashima, K., et al. Regulatory role of heme oxygenase-1 in silica-induced lung injury. Respiratory Research. 19 (1), 144 (2018).
- Li, Y., et al. Minute cellular nodules as early lesions in rats with silica exposure via inhalation. Veterinary Sciences. 9 (6), 251 (2022).
- Salehi, F., et al. Immunological responses in C3H/HeJ mice following nose-only inhalation exposure to different sizes of beryllium metal particles. Journal of Applied Toxicology. 29 (1), 61-68 (2009).
- Yang, T., et al. Emodin suppresses silica-induced lung fibrosis by promoting Sirt1 signaling via direct contact. Molecular Medicine Reports. 14 (5), 4643-4649 (2016).
- Cornell, W. C., et al. Paraffin embedding and thin sectioning of microbial colony biofilms for microscopic analysis. Journal of Visualized Experiments. (133), e57196 (2018).
- Li, B., et al. A suitable silicosis mouse model was constructed by repeated inhalation of silica dust via nose. Toxicology Letters. 353, 1-12 (2021).
- Mu, M., et al. Coal dust exposure triggers heterogeneity of transcriptional profiles in mouse pneumoconiosis and Vitamin D remedies. Particle and Fibre Toxicology. 19 (1), 7 (2022).
- Kato, K., et al. Muc1 deficiency exacerbates pulmonary fibrosis in a mouse model of silicosis. Biochemical and Biophysical Research Communications. 493 (3), 1230-1235 (2017).
- Liu, F., et al. CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells depletion may attenuate the development of silica-induced lung fibrosis in mice. PLoS One. 5 (11), 15404 (2010).
- Mansouri, N., et al. Mesenchymal stromal cell exosomes prevent and revert experimental pulmonary fibrosis through modulation of monocyte phenotypes. JCI Insight. 4 (21), 128060 (2019).
- Ohtsuka, Y., Wang, X. T., Saito, J., Ishida, T., Munakata, M. Genetic linkage analysis of pulmonary fibrotic response to silica in mice. The European Respiratory Journal. 28 (5), 1013-1019 (2006).
