Fenotypning Mus Pulmonary Function<em> In Vivo</em> Med Lung diffuse Kapacitet

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 är nu den primära djuret som används för att modellera en mängd olika lungsjukdomar. För att studera de mekanismer som ligger bakom sådana sjukdomar är fenotypiska metoder behövs som kan kvantifiera de patologiska förändringar. Dessutom, för att ge translationell relevans för de musmodeller, bör sådana mätningar vara tester som lätt kan göras i både människor och möss. Tyvärr, i den nuvarande litteraturen några fenotypiska mätningar av lungfunktion har direkt på människor. Ett undantag är den diffunderande för kolmonoxid, vilket är ett mått som rutinmässigt görs i människor. I denna rapport beskriver vi ett sätt att snabbt och enkelt mäta detta spridande kapaciteten hos möss. Förfarandet innebär kort lung inflationen med spårgaser i en sövd mus, följt av en 1 min gasanalys tid. Vi har testat förmågan hos denna metod för att påvisa flera lung patologier, inklusive emfysem, fibros, akut lungskada, och influensa ochsvamplunginfektioner, samt övervakning lungmognad hos unga valpar. Resultaten visar en signifikant minskning av alla lung patologier, liksom en ökning av spridningskapaciteten med lungmognad. Denna mätning av lungdiffusekapacitet ger därmed ett lungfunktionstest som har bred tillämpning med sin förmåga att upptäcka fenotypiska strukturella förändringar med de flesta av de befintliga patologiska lungmodeller.

Introduction

Musen är nu den primära djuret som används för att modellera en mängd olika lungsjukdomar. För att studera de mekanismer som underliggande fastighets sådana patologier är fenotypiska metoder behövs som kan kvantifiera det de patologiska förändringar. Även om det finns många mus studier där ventilations mekanik mäts, dessa mätningar är i allmänhet inget samband med de vanliga bedömningarna av lungfunktionen som normalt görs i människor. Detta är olyckligt, eftersom förmågan att utföra motsvarande mätningar i möss och humana individer kan underlätta översättningen av resultaten i musmodeller för mänskliga sjukdomar.

En av de vanligaste och lätt gjort mätningar i mänskliga individer är diffuse för kolmonoxid (DLCO) ^1,2, men denna mätning har sällan gjorts i musmodeller. I de studier där det har rapporterats ^3-7, har det inte funnits några uppföljande studier, delvis på grund av att förfarandena är ofta besvärligt eller kan require komplicerad utrustning. Ett annat tillvägagångssätt är att använda en CO återandningsmetod i ett stabilt tillstånd system, som har fördelen av att kunna mäta CO diffusion i medvetna möss. Denna metod är emellertid mycket besvärligt, och resultaten kan variera med nivån på musens ventilation samt O ₂ och CO ₂ koncentrationer ^8,9. Dessa svårigheter verkar ha utesluts rutinanvändning av diffuse förmåga att upptäcka lung patologier i möss, trots dess flera fördelar.

För att kringgå problemen med mätning av diffuse kapaciteten hos möss, att uppgifter om ett enkelt sätt mäta det i möss har nyligen rapporterat ^10. Förfarandet eliminerar det svåra problemet med provtagning förorenat alveolär gas genom att snabbt sampla en volym som motsvarar hela inspirerade gasen. Denna procedur resulterar i en mycket reproducerbar mätning, kallas diffusion faktorn för kolmonoxid (DFCO), som är känslig för en mängd pathologic förändringar i lungan fenotypen. Den DFCO beräknas således som 1 – (CO ₉ / CO _c) / (Ne ₉ / Ne _c), där c och 9 index avser koncentrationer av kalibreringsgaserna som injicerats och gaserna bort efter en 9 sek andetag hålltid, respektive. DFCO är ett dimensionsvariabel, som varierar mellan 0 och 1, med 1 reflekterande komplett upptag av alla CO och 0 vilket betyder att inga upptag av CO.

I denna presentation visar vi hur du gör detta spridande kapacitetsmätning, och hur det kan användas för att dokumentera förändringar i nästan alla av de befintliga sjukdomsmodeller mus lung, inklusive emfysem, fibros, akut lungskada, och virala och svampinfektioner.

Protocol

OBS: Alla djurprotokoll godkändes av Johns Hopkins University Djurvård och användning kommittén. 1. Animal Förberedelse Förbered 6 C57BL / 6 kontrollmöss för DFCO mätning, genom anesthetizing dem med ketamin och xylazin som beskrivs i steg 2.3 nedan. Förbered alla andra möss med olika lung patologier som visas i tabell 1 genom att använda samma procedur som för kontrollerna. Specifika detaljer som behövs för att fastställa var och en av d…

Representative Results

Figur 1 visar DFCO mätningarna från de vuxna möss i grupperna A, B, C, D, E, och F. Det fanns signifikanta minskningar med både Aspergillus och influensainfektioner samt betydande minskningar i fibrotiska, emphysematous och akut lungskada modeller. Figur 2 visar Grupp G utvecklings förändringar i DFCO över tiden som mössen ålder från 2-6 veckor. Det fanns en liten men signifikant ökning med lungutveckling under denna tidsförlopp. Effekten av att använda en mindre inflations…

Discussion

I föreliggande arbete, definierade vi en ny metrisk att kvantifiera gasen utbyter förmåga muslungan. Denna metriska är analogt med diffuse kapacitet, en gemensam klinisk mätning som mäter den primära funktionen av lungan, det vill säga dess förmåga att utbyta gas. Den diffunderande kapaciteten är den enda lunga funktionell mätning som kan enkelt och snabbt göras i både möss och människor. För detektering av lungsjukdom i möss, är ett viktigt mål att kvantifiera förändringar i lungfunktion mellan ko…

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.