Fenotypering Mouse Longfunctie<em> In Vivo</em> Met de Lung diffusiecapaciteit
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
De muis is nu de primaire dierlijke gemodelleerd om verschillende longziekten. Om de mechanismen die ten grondslag liggen aan een dergelijke pathologieën te bestuderen, zijn fenotypische methoden nodig dat de pathologische veranderingen kunnen kwantificeren. Bovendien translationeel relevantie voor de muismodellen, mag dergelijke metingen tests die gemakkelijk kan worden gedaan in zowel mensen en muizen. Helaas, in de huidige literatuur enkele fenotypische metingen van longfunctie rechtstreeks op mens. Een uitzondering is de diffusiecapaciteit voor koolmonoxide, een meting die routinematig wordt gedaan bij de mens. In dit rapport beschrijven we een middel om dit diffusiecapaciteit bij muizen snel en eenvoudig te meten. Deze procedure houdt korte longinflatie met tracer gassen in een verdoofde muis, gevolgd door 1 min gas analysetijd. We hebben het vermogen van deze methode om verschillende long ziekten, met inbegrip van emfyseem, fibrose, acute longbeschadiging, en influenza en detecteren getestschimmel longinfecties, evenals bewaking longrijping bij jonge pups. De resultaten tonen significante dalingen in de longen pathologieën, evenals een verhoging van de verstrooiende capaciteit longrijping. Deze meting long diffusiecapaciteit verschaft aldus een longfunctie test die brede toepassing van haar vermogen om fenotypische structurele veranderingen met de meeste bestaande pathologische longmodellen detecteren haalt.
Introduction
De muis is nu de primaire dierlijke gemodelleerd om verschillende longziekten. Om de mechanismen die ten grondslag liggen aan een dergelijke pathologieën te bestuderen, zijn fenotypische methoden nodig die kunnen kwantificeren is de pathologische veranderingen. Hoewel er veel muizenstudies geventileerde mechanica gemeten, deze metingen algemeen los van de standaardbeoordelingen longfunctie normaal gedaan bij de mens. Dit is jammer, aangezien de mogelijkheid om equivalente metingen in muizen en menselijke proefpersonen voeren kan de omzetting van de resultaten in muismodellen voor humane ziekten vergemakkelijken.
Een van de meest voorkomende en gemakkelijk gemaakt metingen bij mensen is het diffusiecapaciteit voor koolmonoxide (DLCO) 1,2, maar deze meting slechts zelden gedaan in muismodellen. In die onderzoeken waar het is gemeld 3-7, zijn er geen follow-up studies geweest, deels omdat de procedures zijn vaak omslachtig of kan aanvruire complexe apparatuur. Een andere benadering is om een CO rebreathing methode in een stabiele toestand, dat het voordeel dat CO diffusie meten bewuste muizen. Deze methode is echter zeer omslachtig en resultaten kunnen variëren met het niveau van de ventilatie van de muis en O2 en CO2 concentraties 8,9. Deze problemen lijken te zijn uitgesloten routinematig gebruik van diffusiecapaciteit long pathologieën bij muizen te detecteren, ondanks de verschillende voordelen.
Om de problemen met bepaling van diffusiecapaciteit bij muizen omzeilen, details van een eenvoudige middelen te meten bij muizen zijn recent gerapporteerd 10. De procedure elimineert het moeilijke probleem van het bemonsteren van niet-verontreinigd alveolaire gas door snel het bemonsteren van een hoeveelheid die gelijk is aan het gehele geïnspireerde gas. Deze procedure resulteert in een zeer reproduceerbare meting zogenaamde diffusie factor voor koolmonoxide (DFCO), dat gevoelig is voor een groot aantal pathologic veranderingen in de longen fenotype. De DFCO wordt dus berekend als 1 – (CO 9 / CO c) / (Ne 9 / Ne c), waarbij het c en 9 subscripts betrekking op concentraties van de kalibratie gassen geïnjecteerd en de afgevoerde gassen na 9 seconden adem wachttijd, respectievelijk. DFCO is een dimensieloze variabele, die varieert tussen 0 en 1, met 1 als gevolg van volledige opname van alle CO, en 0 geeft het geen opname van CO.
In deze presentatie laten we zien hoe deze diffunderende capaciteitsmeting maken en hoe het kan worden gebruikt om veranderingen in bijna alle bestaande muizenlong ziektemodellen, zoals emfyseem, fibrose, acute longbeschadiging en virale en schimmelinfecties documenteren.
Protocol
Representative Results
Discussion
In het huidige werk, hebben we een nieuwe metriek om het gas te wisselen vermogen van de muis long kwantificeren gedefinieerd. Deze statistiek is analoog aan de diffusiecapaciteit, gemeenschappelijke klinische meting dat de primaire functie van de longen gemeten, dat wil zeggen het vermogen om gasuitwisseling. De diffusiecapaciteit Alleen long functionele metingen die gemakkelijk en snel kan worden gedaan in zowel muizen als mensen. Voor de detectie van longziekte bij muizen, een belangrijke doelstelling veranderingen i…
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).
