Phenotyping ماوس الرئوي وظيفة<em> في فيفو</em> مع قدرة الرئة نشرها
Summary
We describe a means to quickly and simply measure the lung diffusing capacity in mice and show that it is sufficiently sensitive to phenotype changes in multiple common lung pathologies. This metric thus brings direct translational relevance to the mouse models, since diffusing capacity is also easily measured in humans.
Abstract
الفأر هو الآن الحيوان الأولية المستخدمة في تصميم نموذج لمجموعة متنوعة من أمراض الرئة. لدراسة الآليات التي تكمن وراء مثل هذه الأمراض، وهناك حاجة إلى أساليب المظهرية التي يمكن قياس تغيرات مرضية. وعلاوة على ذلك، لتوفير صلة متعدية إلى نماذج الماوس، وينبغي أن تكون هذه القياسات الاختبارات التي يمكن بسهولة أن يتم ذلك في كل من البشر والفئران. لسوء الحظ، في الأدب الحالي القليلة القياسات المظهرية وظائف الرئة لدى التطبيق المباشر للبشر. الاستثناء الوحيد هو القدرة نشرها لأول أكسيد الكربون، وهو القياس الذي يتم بشكل روتيني في البشر. في هذا التقرير، وصفنا وسيلة بسرعة وببساطة لقياس هذه القدرة نشرها في الفئران. ويشمل الإجراء التضخم الرئة وجيزة مع الغازات التتبع في الماوس تخدير، تليها 1 دقيقة وقت تحليل الغاز. لقد اختبرنا قدرة هذه الطريقة للكشف عن عدة أمراض الرئة، بما في ذلك انتفاخ الرئة والتليف، إصابة الرئة الحادة، والإنفلونزا، والتهابات الرئة الفطرية، فضلا عن رصد نضوج الرئة في الجراء الصغار. أظهرت النتائج انخفاض كبير في جميع أمراض الرئة، وكذلك زيادة في القدرة نشرها مع نضوج الرئة. هذا القياس من الرئة نشرها قدرة بالتالي يوفر اختبار وظيفة الرئة التي لديها تطبيق واسع النطاق مع قدرتها على اكتشاف التغيرات الهيكلية المظهرية مع معظم النماذج الرئة المرضية الموجودة.
Introduction
الفأر هو الآن الحيوان الأولية المستخدمة في تصميم نموذج لمجموعة متنوعة من أمراض الرئة. لدراسة آليات تشكل أساس هذه الأمراض، وهناك حاجة إلى أساليب المظهرية التي يمكن قياس ذلك التغيرات المرضية. على الرغم من أن هناك العديد من الدراسات الماوس حيث يتم قياس الميكانيكا والتهوية، وهذه القياسات هي عموما لا علاقة لها التقييمات القياسية من وظائف الرئة يتم عادة في الجسم البشري. وهذا أمر مؤسف، لأن القدرة على أداء قياسات تعادل في الفئران والموضوعات الإنسان قد تسهيل ترجمة نتائج في نماذج الماوس إلى الأمراض التي تصيب البشر.
واحدة من القياسات الأكثر شيوعا وأدلى بسهولة في المواد البشرية هو القدرة نشرها لأول أكسيد الكربون (DLCO) 1،2، ولكن نادرا ما تم القيام به هذا القياس في نماذج الماوس. في تلك الدراسات حيث أفيد 3-7، لم تكن هناك أي دراسات المتابعة، وذلك جزئيا بسبب الإجراءات غالبا ما تكون مرهقة أو مساuire المعدات المعقدة. وثمة نهج آخر هو استخدام طريقة CO إعادة التنفس في نظام الدولة مطرد، والتي لديها ميزة كونها قادرة على قياس CO نشر في الفئران واعية. ولكن هذا الأسلوب هو مرهقة جدا، والنتائج يمكن أن تختلف مع مستوى التهوية الماوس، وكذلك O 2 وCO 2 تركيزات 8،9. ويبدو أن هذه الصعوبات قد تحول دون الاستخدام الروتيني للنشرها القدرة على كشف الأمراض الرئة في الفئران، على الرغم من عدة مزاياه.
للتحايل على مشاكل مع قياس نشرها القدرات في الفئران، وتفاصيل وسيلة بسيطة لقياس ذلك في الفئران تم الإبلاغ مؤخرا 10. الإجراء يلغي المشكلة الصعبة المتمثلة في أخذ عينات الغاز السنخية غير ملوثة من قبل بسرعة أخذ عينات من حجم مساو للغاز وحي بأكمله. ويؤدي هذا الإجراء في قياس استنساخه للغاية، وصفه عامل نشر لأول أكسيد الكربون (DFCO)، التي تعتبر حساسة لمجموعة من السلطة الفلسطينيةالتغييرات thologic في النمط الظاهري الرئة. وبالتالي، تقدر DFCO ك 1 – (CO 9 / CO ج) / (ني 9 / ني ج)، حيث ج و 9 السفلية تشير إلى تركيزات الغازات المعايرة حقن والغازات إزالتها بعد 9 ثانية عقد التنفس الوقت، على التوالي. DFCO هو متغير أبعاد، والتي تختلف بين 0 و 1، مع 1 يعكس امتصاص كامل لجميع CO، و0 لا تعكس أي امتصاص CO.
في هذا العرض وتبين لنا كيفية جعل هذا قياس قدرة نشرها، وكيف أنها يمكن أن تستخدم لتوثيق التغيرات في ما يقرب من جميع نماذج المرض الماوس الرئة الموجودة، بما في ذلك انتفاخ الرئة والتليف، إصابة الرئة الحادة، والعدوى الفيروسية والفطرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
في العمل الحالي، حددنا مقياس جديد لقياس القدرة الغاز تبادل في الرئة الماوس. هذا المقياس هو مماثل لقدرات نشرها، وقياس السريري المشترك الذي يقيس الوظيفة الأساسية في الرئة، وهذا هو، قدرته على تبادل الغاز. القدرة نشرها هو الوحيد قياس وظيفية الرئة التي يمكن بسهولة وسرعة …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by NIH HL-10342
Materials
| Gas Chromatograph | Inficon | Micro GC Model 3000A | Agilent makes a comparable model |
| 18 g Luer stub needle | Becton Dickenson | Several other possible vendors | |
| 3 mL plastic syringe | Becton Dickenson | Several other possible vendors | |
| Polypropylene gas sample bags | SKC | 1 or 2 liter capacity works well | Other gas tight bags will work well |
| Gas tank, 0.3% Ne,0.3% CO, balance air; (size ME) | Airgas, Inc | Z04 NI785ME3012 | This is the standard mixture used for DLCO in humans |
| 25 TCID50/mouse of influenza virus A/PR8 diluted in phosphate buffered saline. | |||
| Porcine pancreatic elastase | Elastin Products, Owensville, MO | 5.4 U | |
| Bleomycin | APP Pharmaceuticals, Schaumburg, IL | 0.25 U | |
| Escherichia coli LPS8 | Sigma L2880 | 3 μg/g body weight; O55:B5 | |
| Aspergillus fumigatus (isolate Af293) conidia were collected from mature colonies grown on potato dextrose agar. |
References
- Ogilvie, C. M., Forster, R. E., Blakemore, W. S., Morton, J. W. A standardized breath holding technique for the clinical measurement of the diffusing capacity of the lung for carbon monoxide. J Clin Invest. 36 (1 Pt 1), 1-17 (1957).
- Miller, A., Warshaw, R., Nezamis, J. Diffusing capacity and forced vital capacity in 5,003 asbestos-exposed workers: Relationships to interstitial fibrosis (ILO profusion score) and pleural thickening. Am J Ind Med. 56 (12), 1383-1393 (2013).
- Enelow, R. I., et al. Structural and functional consequences of alveolar cell recognition by CD8(+) T lymphocytes in experimental lung disease. J Clin Invest. 102 (9), 1653-1661 (1998).
- Hartsfield, C. L., Lipke, D., Lai, Y. L., Cohen, D. A., Gillespie, M. N. Pulmonary mechanical and immunologic dysfunction in a murine model of AIDS. Am J Physiol. 272 (4 Pt 1), 699-706 (1997).
- Wegner, C. D., et al. Intercellular adhesion molecule-1 contributes to pulmonary oxygen toxicity in mice: role of leukocytes revised. Lung. 170 (5), 267-279 (1992).
- Reinhard, C., et al. Inbred strain variation in lung function. Mamm Genome. 13 (8), 429-437 (2002).
- Sabo, J. P., Kimmel, E. C., Diamond, L. Effects of the Clara cell toxin, 4-ipomeanol, on pulmonary function in rats. J Appl Physiol. 54 (2), 337-344 (1983).
- Depledge, M. H. Respiration and lung function in the mouse, Mus musculus (with a note on mass exponents and respiratory variables). Respir Physiol. 60 (1), 83-94 (1985).
- Depledge, M. H., Collis, C. H., Barrett, A. A technique for measuring carbon monoxide uptake in mice. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 7 (4), 485-489 (1981).
- Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung. J Appl Physiol. 110 (5), 1455-1459 (2011).
- Chaudhary, N., Datta, K., Askin, F. B., Staab, J. F., Marr, K. A. Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator regulates epithelial cell response to Aspergillus and resultant pulmonary inflammation. Am J Respir Crit Care Med. 185 (3), 301-310 (2012).
- Foster, W. M., Walters, D. M., Longphre, M., Macri, K., Miller, L. M. Methodology for the measurement of mucociliary function in the mouse by scintigraphy. J Appl Physiol. 90 (3), 1111-1117 (2001).
- Yildirim, A. O., et al. Palifermin induces alveolar maintenance programs in emphysematous mice. Am J Respir Crit Care Med. 181 (7), 705-717 (2010).
- Collins, S. L., Chan-Li, Y., Hallowell, R. W., Powell, J. D., Horton, M. R. Pulmonary vaccination as a novel treatment for lung fibrosis. PLoS One. 7 (2), e31299 (2012).
- Alessio, F. R., et al. CD4+CD25+Foxp3+ Tregs resolve experimental lung injury in mice and are present in humans with acute lung injury. J Clin Invest. 119 (10), 2898-2913 (2009).
- Martinez, F. J., et al. The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Ann Intern Med. 142 (12 Pt 1), 963-967 (2005).
- Zhou, L., et al. Correction of lethal intestinal defect in a mouse model of cystic fibrosis by human CFTR. Science. 266 (5191), 1705-1708 (1994).
