Kristal silika tozunun tekrar tekrar solunmasıyla oluşturulan bir silikoz fare modeli
Summary
Bu protokol, bir burun damlası yoluyla silika süspansiyonlarına tekrar tekrar maruz kalma yoluyla bir fare silikoz modeli oluşturmak için bir yöntemi açıklar. Bu model, yüksek tekrarlanabilirlik ve ekonomi ile insan silikozunun patolojik sürecini verimli, rahat ve esnek bir şekilde taklit edebilir.
Abstract
Silikoz, endüstriyel bir ortamda solunum kristali silika tozuna (CSD) maruz kalmaktan kaynaklanabilir. İnsanlarda silikozun patofizyolojisi, taranması ve tedavisi, fare silikoz modeli kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Farelerin CSD’yi tekrar tekrar akciğerlerine solumasını sağlayarak, fareler insan silikozunun klinik semptomlarını taklit edebilir. Bu metodoloji, zaman ve çıktı açısından pratik ve verimlidir ve ameliyat nedeniyle üst solunum yollarında mekanik yaralanmaya neden olmaz. Ayrıca, bu model silikozisin akut/kronik dönüşüm sürecini başarılı bir şekilde taklit edebilir. Ana prosedürler aşağıdaki gibiydi. Sterilize edilmiş 1-5 μm CSD tozu tamamen öğütüldü, tuzlu su içinde süspanse edildi ve 30 dakika boyunca ultrasonik su banyosunda dağıtıldı. İzofluran kaynaklı anestezi altındaki fareler, yaklaşık 2 saniye boyunca sığ hızlı solunumdan derin, yavaş aspirasyona geçti. Fare bir avucun içine yerleştirildi ve başparmak ucu, hava yolunu düzeltmek için farenin çenesinin dudak kenarına hafifçe dokundu. Her ekshalasyondan sonra, fareler silika süspansiyonunu bir burun deliğinden damla damla soluyarak işlemi 4-8 saniye içinde tamamladılar. Farelerin solunumu stabilize olduktan sonra, solunan CSD’nin öksürmesini önlemek için göğüsleri okşandı ve okşandı. Fareler daha sonra kafese geri döndü. Sonuç olarak, bu model, üst solunum yolundan terminal bronşiyollere ve alveollere kadar küçük parçacıkların akciğere tipik fizyolojik geçişi boyunca CSD’yi ölçebilir. Ayrıca, çalışanların iş nedeniyle tekrarlayan maruziyetini de çoğaltabilir. Model bir kişi tarafından gerçekleştirilebilir ve pahalı ekipmanlara ihtiyaç duymaz. İnsan silikozunun hastalık özelliklerini yüksek tekrarlanabilirlik ile rahat ve etkili bir şekilde simüle eder.
Introduction
İşçiler kaçınılmaz olarak, solunabilen ve madencilik, çömlekçilik, cam, kuvars işleme ve beton 1,2 dahil olmak üzere çok sayıda mesleki bağlamda daha toksik olan düzensiz kristal silika tozuna (CSD) maruz kalmaktadır. Silikoz olarak bilinen kronik bir toz soluma durumu, ilerleyici akciğer fibrozuna neden olur3. Epidemiyolojik verilere göre, silikoz insidansı son birkaç on yılda küresel olarak azalmaktadır, ancak son yıllarda artmakta ve gençleri etkilemektedir 4,5,6. Silikozisin altında yatan mekanizma, sinsi başlangıcı ve uzun kuluçka süresi nedeniyle bilimsel araştırmalar için önemli bir zorluk teşkil etmektedir. Silikozun nasıl geliştiği hala bilinmemektedir. Ayrıca, mevcut hiçbir ilaç silikoz ve ters pulmoner fibrozisin ilerlemesini durduramaz.
Silikoz için mevcut fare modelleri, karışık bir CSD süspansiyonunun trakeal alımını içerir. Örneğin, anesteziden sonra servikal trakea travmasını benimseyerek CSD’nin akciğerlere uygulanması, insanların boya tozuna tekrar tekrar maruz kalmasına uymaz7. Ortam tozuna maruz kalmanın bireyler üzerindeki etkisi, bu toksik maddenin çevresel konsantrasyonlarını daha doğru bir şekilde yansıtan aerosoller şeklinde CSD’ye maruz bırakılarak incelenebilir8. Bununla birlikte, çevresel CSD, fare burnunun benzersiz fizyolojik yapısı nedeniyle doğrudan akciğerleresolunamaz 9. Ayrıca, bu teknolojiyle ilişkili ekipman pahalıdır ve bu da araştırmacıların fare silikoz model10’u yeniden değerlendirmesine neden olmuştur. CSD süspansiyonunu 2 hafta içinde beş kez burun akıntısı yoluyla soluyarak, dinamik bir silikoz modeli oluşturmak mümkün oldu. Bu model, kullanımı kolay olmasının yanı sıra tutarlı ve güvenlidir. Bu çalışmanın farelerde CSD’nin tekrar tekrar solunmasına izin verdiğine dikkat etmek önemlidir. Bu prosedürle oluşturulan fare silikoz modelinin araştırma gereksinimleri için daha faydalı olması beklenmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Silikoz fare modelleri, silikozun patogenezini ve tedavisini incelemek için çok önemlidir. Bu protokol, tekrarlanan nazal maruziyet yoluyla farelerde bir silikoz modeli hazırlamak için bir yöntemi açıklar. Bu yöntem, farklı maruz kalma sürelerinin neden olduğu silikozun patolojik özelliklerinin incelenmesine izin verir. Fareler ventilatörde uyuşturuldu ve solunum hızları izlendi. Başlangıçtaki kısa, hızlı solunum hızı zamanla yavaş yavaş yavaşladı ve derinleşti. Anestezi, farelerin kasların…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Anhui Eyaleti Üniversite Sinerji İnovasyon Programı (GXXT-2021-077) ve Anhui Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Lisansüstü İnovasyon Fonu (2021CX2120) tarafından desteklenmiştir.
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).
