Un modelo de ratón de silicosis establecido por inhalación repetida de polvo de sílice cristalina
Summary
Este protocolo describe un método para establecer un modelo de ratón de silicosis a través de la exposición repetida a suspensiones de sílice a través de un goteo nasal. Este modelo puede imitar de manera eficiente, conveniente y flexible el proceso patológico de la silicosis humana con alta repetibilidad y economía.
Abstract
La silicosis puede ser causada por la exposición al polvo de sílice cristalina respiratoria (CSD) en un entorno industrial. La fisiopatología, el cribado y el tratamiento de la silicosis en humanos se han estudiado ampliamente utilizando el modelo de silicosis de ratón. Al hacer que los ratones inhalen repetidamente CSD en sus pulmones, los ratones pueden imitar los síntomas clínicos de la silicosis humana. Esta metodología es práctica y eficiente en términos de tiempo y rendimiento y no causa lesiones mecánicas en el tracto respiratorio superior debido a la cirugía. Además, este modelo puede imitar con éxito el proceso de transformación aguda/crónica de la silicosis. Los principales procedimientos fueron los siguientes. El polvo esterilizado de 1-5 μm de CSD se molió por completo, se suspendió en solución salina y se dispersó en un baño de agua ultrasónico durante 30 minutos. Los ratones bajo anestesia inducida por isoflurano cambiaron de una respiración rápida y superficial a una aspiración profunda y lenta durante aproximadamente 2 s. El ratón se colocó en la palma de una mano y la punta del pulgar tocó suavemente el borde del labio de la mandíbula del ratón para enderezar las vías respiratorias. Después de cada exhalación, los ratones inhalaron la suspensión de sílice gota a gota a través de una fosa nasal, completando el proceso en 4-8 segundos. Después de que la respiración de los ratones se estabilizó, se les acarició el pecho y se les acarició para evitar que el CSD inhalado fuera expulsado al toser. A continuación, los ratones fueron devueltos a la jaula. En conclusión, este modelo puede cuantificar la CSD a lo largo del paso fisiológico típico de partículas diminutas hacia el pulmón, desde el tracto respiratorio superior hasta los bronquiolos terminales y los alvéolos. También puede replicar la exposición recurrente de los empleados debido al trabajo. El modelo puede ser realizado por una sola persona y no necesita equipos costosos. Simula de manera conveniente y efectiva las características de la enfermedad de la silicosis humana con alta repetibilidad.
Introduction
Los trabajadores están inevitablemente expuestos al polvo irregular de sílice cristalina (CSD), que puede inhalarse y es más tóxico en numerosos contextos ocupacionales, como la minería, la cerámica, el vidrio, el procesamiento de cuarzo y el hormigón 1,2. Una afección crónica por inhalación de polvo conocida como silicosis causafibrosis pulmonar progresiva. De acuerdo con los datos epidemiológicos, la incidencia de la silicosis ha ido disminuyendo a nivel mundial en las últimas décadas, pero en los últimos años ha ido en aumento y afectando a personas más jóvenes 4,5,6. El mecanismo subyacente de la silicosis presenta un desafío significativo para la investigación científica debido a su inicio insidioso y su prolongado período de incubación. Todavía se desconoce cómo se desarrolla la silicosis. Además, ningún medicamento actual puede detener la progresión de la silicosis y revertir la fibrosis pulmonar.
Los modelos actuales de ratón para la silicosis implican la ingestión traqueal de una suspensión mixta de CSD. Por ejemplo, la administración de CSD en los pulmones mediante la adopción del traumatismo de la tráquea cervical después de la anestesia no cumple con la exposición humana repetida al polvo de tinte7. El impacto de la exposición al polvo ambiental en las personas puede estudiarse exponiéndolas a la CSD en forma de aerosoles, lo que refleja con mayor precisión las concentraciones ambientales de esta sustancia tóxica8. Sin embargo, la CSD ambiental no puede inhalarse simplemente directamente en los pulmones debido a la estructura fisiológica única de la nariz del ratón9. Además, los equipos asociados a esta tecnología son caros, lo que ha llevado a los investigadores a reevaluar el modelo10 de silicosis de ratón. Al inhalar la suspensión de CSD a través de un goteo nasal cinco veces en 2 semanas, fue posible construir un modelo dinámico de silicosis. Este modelo es consistente y seguro a la vez que fácil de usar. Es importante tener en cuenta que este estudio permite la inhalación repetida de CSD en ratones. Se espera que el modelo de silicosis de ratón creado a través de este procedimiento sea más beneficioso para los requisitos de investigación.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los modelos de ratón de silicosis son cruciales para estudiar la patogénesis y el tratamiento de la silicosis. Este protocolo describe un método para preparar un modelo de silicosis en ratones a través de la exposición nasal repetida. Este método permite el estudio de las características patológicas de la silicosis inducida por diferentes tiempos de exposición. Los ratones fueron anestesiados con un respirador y se monitorizó su frecuencia respiratoria. La frecuencia respiratoria inicial corta y rápida disminu…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio contó con el apoyo del Programa de Innovación de Sinergia Universitaria de la Provincia de Anhui (GXXT-2021-077) y el Fondo de Innovación de Posgrado de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Anhui (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 |
Referências
- 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).
