פונקצית phenotyping עכבר ריאתי<em> In vivo</em> עם קיבולת הריאות לשדר
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
העכבר הוא עכשיו בעלי החיים העיקריים המשמשים למודל מגוון של מחלות ריאה. כדי לחקור את המנגנונים העומדים בבסיס פתולוגיות כגון, יש צורך בשיטות פנוטיפי שיכול לכמת את השינויים פתולוגיים. יתר על כן, על מנת לספק את הרלוונטיות translational למודלים של העכברים, מדידות מסוג זה צריכה להיות בדיקות שיכולים להיעשות בקלות בבני האדם ועכברים. למרבה הצער, בספרות בהווה יש לי כמה מדידות פנוטיפי של תפקוד ריאות יישום ישיר לבני אדם. חריג היחיד הוא היכולת לשדר לפחמן חד חמצני, שהוא מדידה שנעשית באופן שיגרתי בבני אדם. בדו"ח הנוכחי, אנו מתארים אמצעים למדידת יכולת לשדר את זה בעכברים במהירות ובפשטות. ההליך כרוך אינפלציה קצרה ריאות עם גזים נותב בעכבר הרדים, ואחרי זמן ניתוח גז 1 דקות. בדקנו את היכולת של שיטה זו כדי לזהות כמה פתולוגיות ריאה, כולל אמפיזמה, סיסטיק, פציעת ריאות חריפה, ושפעת וזיהומים פטרייתיים ריאות, כמו גם התבגרות ריאה ניטור בגורים צעירים. תוצאות מראות ירידה משמעותית בכל פתולוגיות הריאות, כמו גם עלייה ביכולת לשדר עם התבגרות ריאה. מדידה זו של קיבולת לשדר ריאות ובכך מספקת בדיקת תפקוד ריאתי שיש לו בקשה רחבה עם היכולת שלה לזהות שינויים מבניים פנוטיפי עם רוב דגמי ריאות פתולוגיים הקיימים.
Introduction
העכבר הוא עכשיו בעלי החיים העיקריים המשמשים למודל מגוון של מחלות ריאה. כדי לחקור את המנגנונים שנמצאים בבסיס פתולוגיות כגון, יש צורך בשיטות פנוטיפי שיכול לכמת את זה שינויים פתולוגיים. למרות שיש מחקרים רבים שבם עכבר מכניקת אוורור נמדדות, מדידות אלה הן בדרך כלל אינן קשורות להערכות סטנדרטי של תפקוד הריאתי נעשו בדרך כלל בבני אדם. זה מצער, שכן היכולת לבצע מדידות מקבילות בעכברים ובני אדם עשוי להקל על התרגום של תוצאות במודלים של עכברים למחלות בבני אדם.
אחת המדידות הנפוצות ביותר ונעשו בקלות בבני אדם הוא היכולת לשדר לפחמן חד חמצני (DLCO) 1,2, אך מדידה זו כמעט ולא נעשתה רק במודלים של עכברים. באותם מחקרים שבם זה כבר דווח 3-7, לא חלו מחקרי מעקב, בין שאר משום שהנהלים הם לעתים קרובות מסורבלים או עשוי require ציוד מורכב. גישה נוספת היא להשתמש בשיטה CO rebreathing במערכת במצב יציבה, שבו יש את היתרון של להיות מסוגל למדוד דיפוזיה CO בעכברים מודעים. עם זאת שיטה זו היא מסורבלת מאוד, ותוצאות יכולות להשתנות עם רמת האוורור של העכבר כמו גם O 2 ו- CO 2 ריכוזים 8,9. קשיים אלה נראים שמנעו שימוש שיגרתי בלשדר יכולת לזהות פתולוגיות ריאות בעכברים, למרות כמה יתרונות משלה.
כדי לעקוף בעיות עם מדידה של קיבולת לשדר בעכברים, פרטים של אמצעים פשוטים למדוד את זה בעכברים כבר דיווח לאחרונה 10. ההליך מבטל את הבעיה הקשה של דגימת גז alveolar שאינו נגוע בדגימת נפח שווה לגז ההשראה כל מהירות. תוצאות הליך זה במדידה מאוד לשחזור, כינו את גורם דיפוזיה לפחמן חד חמצני (DFCO), כי הוא רגיש למארח של הרשות הפלסטיניתשינויי thologic בפנוטיפ הריאות. DFCO מחושב כך כ1 – (CO 9 / CO ג) / (Ne 9 / Ne ג), שבו ג ו9 התחתיים מתייחסים לריכוזים של גזי הכיול המוזרקים והגזים הוסרו לאחר זמן לעצור את נשימת 9 שניות, בהתאמה. DFCO הוא משתנה ממדים, אשר משתנה בין 0 ל -1, כאשר 1 משקף ספיגה של כל CO מלא, ומשקפים 0 אין ספיגה של CO.
במצגת זו אנו מראים כיצד לבצע מדידת קיבולת לשדר זה, וכיצד ניתן להשתמש בו כדי לתעד שינויים כמעט בכל האחד מהמודלים הקיימים ריאות עכבר המחלה, כולל אמפיזמה, ציסטיק, פציעת ריאות חריפה, וזיהומים נגיפיים ופטריות.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעבודה הנוכחית, שהגדרנו מדד חדש לכמת את יכולת גז החלפה של ריאות העכבר. מדד זה מקביל ליכולת לשדר, מדידה קלינית נפוצה המודדת את התפקיד העיקרי של הריאות, כלומר, יכולתו להחליף גז. היכולת לשדר היא מדידת הריאות רק פונקציונלית, כי יכול לעשות זאת בקלות ובמהירות בשני עכברים ובנ…
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).
