Мышиная модель силикоза, созданная путем многократного вдыхания кристаллической кремнеземной пыли
Summary
В этом протоколе описывается метод создания мышиной модели силикоза путем многократного воздействия кремнеземных суспензий через назальную капельницу. Данная модель позволяет эффективно, удобно и гибко имитировать патологический процесс силикоза человека с высокой повторяемостью и экономичностью.
Abstract
Силикоз может быть вызван воздействием респираторной кристаллической кварцевой пыли (CSD) в промышленной среде. Патофизиология, скрининг и лечение силикоза у людей были тщательно изучены с использованием модели силикоза у мышей. Многократно заставляя мышей вдыхать CSD в легкие, мыши могут имитировать клинические симптомы силикоза человека. Эта методика практична и эффективна с точки зрения времени и производительности и не вызывает механических травм верхних дыхательных путей из-за хирургического вмешательства. Кроме того, эта модель может успешно имитировать острый/хронический трансформационный процесс силикоза. Основные процедуры заключались в следующем. Стерилизованный порошок CSD размером 1-5 мкм полностью измельчали, суспендировали в физиологическом растворе и диспергировали на ультразвуковой водяной бане в течение 30 мин. Мыши под анестезией, индуцированной изофлураном, переключались с поверхностного быстрого дыхания на глубокую, медленную аспирацию примерно на 2 с. Мышь помещалась в ладонь, и кончик большого пальца осторожно касался края губы челюсти мыши, чтобы выпрямить дыхательные пути. После каждого выдоха мыши вдыхали кремнеземную суспензию капля за каплей через одну ноздрю, завершая процесс в течение 4-8 с. После того, как дыхание мышей стабилизировалось, их грудную клетку поглаживали и ласкали, чтобы предотвратить откашливание вдыхаемого CSD. Затем мышей вернули в клетку. В заключение, эта модель может количественно оценить БКД вдоль типичного физиологического прохождения крошечных частиц в легкие, от верхних дыхательных путей до терминальных бронхиол и альвеол. Он также может воспроизводить повторяющееся воздействие на сотрудников из-за работы. Модель может быть выполнена одним человеком и не нуждается в дорогостоящем оборудовании. Он удобно и эффективно моделирует особенности заболевания силикоза человека с высокой повторяемостью.
Introduction
Рабочие неизбежно подвергаются воздействию нерегулярной кристаллической кварцевой пыли (CSD), которая может вдыхаться и является более токсичной во многих профессиональных контекстах, включая горнодобывающую промышленность, гончарное производство, обработку стекла, кварца и бетона 1,2. Хроническое вдыхание пыли, известное как силикоз, вызывает прогрессирующий фиброз легких3. Согласно эпидемиологическим данным, заболеваемость силикозом снижается во всем мире на протяжении последних нескольких десятилетий, но в последние годы он растет и поражает молодых людей 4,5,6. Основной механизм силикоза представляет собой серьезную проблему для научных исследований из-за его коварного начала и длительного инкубационного периода. До сих пор неизвестно, как развивается силикоз. Кроме того, никакие современные лекарства не могут остановить прогрессирование силикоза и обратить вспять фиброз легких.
Современные мышиные модели силикоза предполагают проглатывание трахеей смешанной суспензии БСД. Например, введение CSD в легкие путем принятия травмы шейного отдела трахеи после анестезии не соответствует повторному воздействию на человека красящей пыли7. Влияние воздействия окружающей пыли на людей может быть изучено путем воздействия на них КСД в виде аэрозолей, что более точно отражает концентрации этого токсичного вещества в окружающей среде8. Тем не менее, КСД из окружающей среды не может быть просто вдыхаем непосредственно в легкие из-за уникальной физиологической структуры носа мыши9. Кроме того, оборудование, связанное с этой технологией, является дорогостоящим, что заставило исследователей пересмотреть модель силикозамышей 10. Вдыхая суспензию ЦСД через назальную капельницу пять раз в течение 2 недель, удалось построить динамическую модель силикоза. Эта модель стабильна и безопасна, а также проста в использовании. Важно отметить, что это исследование допускает повторное вдыхание КСД у мышей. Ожидается, что модель силикоза мыши, созданная с помощью этой процедуры, будет более полезна для исследовательских нужд.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модели силикоза на мышах имеют решающее значение для изучения патогенеза и лечения силикоза. В этом протоколе описан метод подготовки модели силикоза у мышей путем многократного назального воздействия. Этот метод позволяет изучать патологические особенности силикоза, индуцированны?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Инновационной программой университетской синергии провинции Аньхой (GXXT-2021-077) и Инновационным фондом выпускников Аньхойского университета науки и технологий (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).
