Fenotyping Mouse lungefunksjon<em> I Vivo</em> Med Lung diffuse Kapasitet

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

Musen er nå den primære dyr brukes til å modellere et utvalg av lungesykdommer. Å studere mekanismene som ligger bak slike sykdommer, er fenotypiske metoder nødvendig som kan kvantifisere patologiske endringer. Videre, for å tilveiebringe translasjonell relevans i forhold til musemodeller, bør slike målinger være tester som lett kan bli gjort i både mennesker og mus. Dessverre, i den foreliggende litteratur noen fenotypiske måling av lungefunksjon har direkte applikasjon til mennesker. Et unntak er diffuserende kapasitet for karbonmonoksyd, som er en måling som er rutinemessig utført i mennesker. I denne rapporten beskriver vi et middel for å raskt og enkelt måle dette spredende kapasitet hos mus. Fremgangsmåten innebærer kort lungeinnblåsning med sporstoffgasser i en bedøvet mus, etterfulgt av en 1 min gassanalysetiden. Vi har testet evnen av denne metoden for å påvise flere lunge patologier, inkludert emfysem, fibrose, akutt lungeskade, og influensa ogsopplungeinfeksjoner, samt overvåking lungemodning hos unge valper. Resultatene viser en signifikant reduksjon i alle lunge patologier, så vel som en økning av det diffuserende kapasitet lunge modning. Denne måling av lunge spre kapasitet gir dermed en lungefunksjonstest som har bred anvendelse med sin evne til å oppdage fenotypiske strukturelle endringer med de fleste av de eksisterende patologiske lunge-modeller.

Introduction

Musen er nå den primære dyr brukes til å modellere et utvalg av lungesykdommer. Å studere mekanismene som underly slike sykdommer, er fenotypiske metoder nødvendig som kan kvantifisere det de patologiske forandringer. Selv om det er mange mus studier hvor ventilasjons mekanikk måles, disse målingene er generelt relatert til standard vurdering av lungefunksjon normalt gjort hos mennesker. Dette er uheldig, siden evnen til å utføre tilsvarende målinger i mus og humane individer kan lette translasjon av resultatene i musemodeller til human sykdom.

En av de mest vanlige og lett gjort målinger i humane individer er det diffuserende kapasitet for karbonmonoksyd (DLCO) ^1,2, men denne måling har kun sjelden vært gjort i musemodeller. I de studiene der det har blitt rapportert ^3-7, har det ikke vært noen oppfølgingsstudier, delvis fordi prosedyrene er ofte tungvint eller kan require komplisert utstyr. En annen tilnærming er å bruke en CO rebreathing fremgangsmåte i en stabil tilstand system, som har fordelen av å være i stand til å måle CO diffusjon i bevisste mus. Men denne metoden er svært tungvint, og resultatene kan variere med nivået på musens ventilasjon samt O ₂ og CO _to konsentrasjoner ^8,9. Disse vanskeligheter synes å ha utelukket rutinemessig bruk av diffuserende kapasitet til å detektere lunge patologier hos mus, til tross for sine mange fordeler.

For å omgå problemene med måling av spre kapasitet hos mus, til detaljer om en enkel måte å måle det på mus har nylig blitt rapportert ^10. Fremgangsmåten eliminerer vanskelige problemet med prøvetaking ukontaminert alveolar gass ved hurtig sampling et volum lik hele inspirert gass. Denne fremgangsmåten resulterer i en meget reproduserbar måling, betegnet diffusjon faktor for karbonmonoksyd (DFCO), som er følsom for en rekke pathologic forandringer i lunge fenotype. Den DFCO blir således beregnet som 1 – (CO ₉ / _CO-c) / (Ne ₉ / Ne _c), hvor c og 9 indekser henviser til konsentrasjoner av kalibreringsgassene injiseres og gassene som fjernes etter en 9 sek pust holdetiden henholdsvis. DFCO er en dimensjonsløs variabel, som varierer mellom 0 og 1, med en reflekterende fullstendige opptak av all CO og 0-gjenspeiler ikke opptaket av CO.

I denne presentasjonen viser vi hvordan du gjør dette spre måling kapasitet, og hvordan den kan brukes til å dokumentere endringer i nesten alle de eksisterende mus lungesykdom modeller, inkludert emfysem, fibrose, akutt lungeskade, og virus- og soppinfeksjoner.

Protocol

MERK: Alle dyre protokollene ble godkjent av Johns Hopkins University Animal Care og bruk komité. 1. Animal Forberedelse Forbered 6 C57BL / 6 kontrollmus for DFCO måling, ved bedøvelse dem med ketamin og xylazin som beskrevet i trinn 2.3 nedenfor. Forbered alle de andre mus med de forskjellige lunge- sykdommer som er vist i tabell 1 ved hjelp av samme prosedyre som for kontrollene. Spesifikke detaljer som trengs for å etablere hver av disse modellene…

Representative Results

Figur 1 viser DFCO målinger fra de voksne mus i gruppe A, B, C, D, E og F. Det var betydelig nedgang med både Aspergillus og influensa infeksjoner, samt en betydelig nedgang i fibrotisk, emphysematous, og akutt lungeskade modeller. Figur 2 viser den gruppa utviklings endringer i DFCO over tid som musene alder fra 2-6 uker. Det var en liten, men signifikant økning med lunge utvikling over denne gangen kurset. Effekten av å bruke et mindre inflasjon volum var også ganske tydelig ved …

Discussion

I det foreliggende arbeid, definert vi en ny beregning for å kvantifisere gass utveksling evne til mus lungen. Denne beregningen er analog med den diffuserende kapasitet, et vanlig klinisk måling som måler den primære funksjon av lungen, det vil si dets evne til å utveksle gassen. Den diffuserende kapasitet er den eneste lunge funksjonell måling som lett og raskt utført i både mus og mennesker. For detektering av lungesykdom hos mus, er et vesentlig mål for kvantifisering av endringer i lungefunksjonen mellom k…

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.