चूहों में बाएं फेफड़ों के लिए चयनात्मक इंट्रा-ब्रोन्कियल एसिड पैदा करने से एकतरफा और आत्म-सीमित तीव्र फेफड़ों की चोट होती है जो गैस्ट्रिक एसिड आकांक्षा द्वारा प्रेरित मानव तीव्र श्वसन संकट सिंड्रोम (एआरडीएस) को मॉडल करता है।
यूरीन बाएं मेनस्टेम ब्रोंकस के लिए हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) के चयनात्मक इंट्रा-ब्रोन्कियल स्टिलेशन मानव तीव्र श्वसन संकट सिंड्रोम (एआरडीएस) के समान हिस्टोपैथोलॉजिकल निष्कर्षों के साथ तीव्र ऊतक की चोट का कारण बनता है। परिणामस्वरूप कूपिका एडीमा, कूपिका-केपिला बाधा क्षति, और ल्यूकोसाइट घुसपैठ मुख्य रूप से बाएं फेफड़े को प्रभावित करती है, एक अननिश्ड नियंत्रण के रूप में दाएं फेफड़े को संरक्षित करती है और जानवरों को जीवित रहने की अनुमति देता है। स्व-सीमित तीव्र फेफड़ों की चोट का यह मॉडल ऊतक संकल्प तंत्र की जांच में सक्षम बनाता है, जैसे एपोटोटिक न्यूट्रोफिल के मैक्रोफेज efferocytosis और कूपिका-कैपिलरी बाधा अखंडता का पुनर्वास। इस मॉडल में मदद मिली है संकल्प agonists के लिए महत्वपूर्ण भूमिकाओं की पहचान, विशेष समर्थक समाधान मध्यस्थों (SPMs) सहित, ARDS के साथ रोगियों के लिए नए चिकित्सीय दृष्टिकोण के विकास के लिए एक आधार प्रदान करते हैं.
तीव्र श्वसन संकट सिंड्रोम (एआरडीएस) तीव्र श्वसन विफलता1का एक महत्वपूर्ण कारण है। यह एक सामान्य और घातक या अक्षम रोग है जो दुनिया भर में गहन देखभाल इकाइयों में भर्ती किए गए सभी रोगियों के 10% में होता है2. बर्लिन परिभाषा3के अनुसार , ARDS hypoxemic श्वसन विफलता की तीव्र शुरुआत से परिभाषित किया गया है (और 1 सप्ताह) और द्विपक्षीय फुफ्फुसीय छाती radiographs कि हृदय विफलता4द्वारा समझाया नहीं कर रहे हैं पर घुसपैठ . अंतर्निहित पैथोबायोलॉजी अत्यधिक सूजन प्रतिक्रिया की विशेषता है। फेफड़े सीधे घायल हो सकते हैं, जैसे निमोनिया में या गैस्ट्रिक एसिड आकांक्षा के साथ, या परोक्ष रूप से, जैसे सेप्सिस में या कई रक्त आधान4के बाद। प्रारंभिक अपमान के बाद, ARDS रोगजनन तीन चरणों में प्रगति: exudative, proliferative, और फाइब्रोटिक चरण1. इन चरणों अलग आणविक और सेलुलर प्रतिरक्षा और मरम्मत तंत्र है कि ARDS रोगियों के लिए पूर्वानुमान निर्धारित द्वारा विशेषता है. सहायक देखभाल ARDS रोगियों के लिए मुख्य आधार बनी हुई है; वर्तमान में, ARDS के लिए कोई प्रभावी औषधीय उपचार कर रहे हैं, तो इस विनाशकारी हालत4पर नए अनुसंधान के लिए एक तत्काल आवश्यकता है.
exudative चरण के दौरान जन्मजात प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के विनियमन ARDS और जुड़े श्वसन विफलता1की तीव्र शुरुआत करने के लिए योगदान देता है. शक्तिशाली समर्थक भड़काऊ मध्यस्थ संकेत प्रारंभिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं आर्केस्ट्रा, कूपिका-कैपिलरी बाधा के विघटन के लिए अग्रणी, फैलाना कूपिका एडीमा, और फेफड़ों के ऊतकों की चोट की साइट के लिए न्यूट्रोफिल घुसपैठ4. एआरडीएस में, तीव्र सूजन के लिए अप्रभावी ब्रेक लगाना फेफड़ों की विफलता के लिए पहले से तय होता है और घायल फेफड़ों के ऊतकों के समय पर कैटाबेसिस में देरी कर सकताहै। कि अंत करने के लिए, अंतर्जात की शुरुआत और एआरडीएस के समर्थक संकल्प तंत्र में पूर्व नैदानिक जांच उपन्यास चिकित्सीय रणनीतियों को उजागर कर सकते हैं. इस तरह की जांच तीव्र फेफड़ों की चोट है कि बारीकी से मानव ARDS की सुविधाओं के समान है, ऊतक चोट के दीक्षा और संकल्प चरणों अंतर्निहित तंत्र की पूछताछ की अनुमति के vivo मॉडल में आत्म सीमित प्रयोगात्मक की आवश्यकता है.
यहाँ प्रस्तुत murine मॉडल प्रत्यक्ष तीव्र फेफड़ों की चोट है कि exudative ARDS, अर्थात् कूपिका-केपिला बाधा व्यवधान और न्यूट्रोफिल घुसपैठ के कार्डिनल pathobiological प्रक्रियाओं को दर्शाता है पैदा करता है. विधि बाएं मेनस्टेम ब्रोंकस के कैनुलेशन के माध्यम से एचसीएल के चयनात्मक इंट्रा-ब्रोन्कियल स्टिलेशन पर निर्भर करती है, बाएं फेफड़े के लिए चोट और भड़काऊ प्रतिक्रिया को स्थानीयकृत करती है; unnizured सही फेफड़ों ऊतक चोट और सूजन का चयन करने के लिए एक आंतरिक नियंत्रण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. इसके अलावा, एकतरफा फेफड़ों की चोट गैर घातक है और एक संकल्प कार्यक्रम का खुलासा किया. यह फेफड़ों की सूजन के संकल्प में एक अलग खिड़की प्रदान करता है कि अंतर्जात समर्थक समाधान मध्यस्थों और सेलुलर तंत्र की पहचान के लिए leveraged किया जा सकता है और एआरडीएस के लिए नए चिकित्सीय रास्ते खोलने के लिए कि संकल्प शरीर क्रिया विज्ञान पर जोर देती है और भेषजगुणविज्ञान.
यहाँ वर्णित अंतर-ब्रोन्कियल इंस्टिजन विधि बाएं मेनस्टेम ब्रोंकस के चयनात्मक कैनुलेशन का उपयोग करता है ताकि एचसीएल को बाएं फेफड़ों में पैदा किया जा सके, जिसके परिणामस्वरूप एकतरफा और आत्म-सीमित मरिन तीव्र फेफड़ों की चोट होती है। इस murine एसिड फेफड़ों की चोट मॉडल बारीकी से भड़काऊ प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है, हिस्टोपैथोलॉजी, और शारीरिक रोग मानव ARDS में देखा, जहां गैस्ट्रिक एसिड आकांक्षा एक आम precipitant या योगदान कारक4है. कम पीएच एच सीएल के लिए murine airway के एक्सपोजर कूप-कैपिलरी बाधा, कूपिका एडीमा, और चोट के स्थल पर गहरा न्यूट्रोफिल घुसपैठ की पारगम्यता में परिणाम है। इन घटनाओं unnizured सही फेफड़ों में नहीं मनाया जाता है. इसके अलावा, इस मॉडल तेजी से भड़काऊ प्रतिक्रियाओं का उत्पादन करता है कि 24 एच के भीतर चोटी एसिड पैदा करने के बाद, और मानव ARDS के साथ जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन के शेयरों, इस तरह के फॉस्फोलिपिज डी isoforms के अंतर अभिव्यक्ति के रूप में10.
हालांकि इस murine पूर्व नैदानिक मॉडल आणविक, सेलुलर, और ऊतक के स्तर पर ARDS की सुविधाओं के कई पुन: पेश करता है, यह पूरी तरह से मानव ARDS recapitulate नहीं करता है. ARDS की परिभाषा द्विपक्षीय फेफड़ों की भागीदारी3भी शामिल है, जबकि instillation विधि यहाँ वर्णित एकतरफा फेफड़ों की बीमारी में डिजाइन द्वारा परिणाम. इसके अलावा, जानवरों को निरंतर यांत्रिक वेंटिलेशन, गतिहीनता, या माता-पिता के मल-पार करने की आवश्यकता नहीं होती है। यहाँ प्रस्तुत परिणाम (विधुर) और कहीं और6,9,11,12,13 प्रदर्शित करता है कि एकतरफा एसिड प्रेरित फेफड़ों की चोट रोग पहचान के अधिकांश पुन: उत्पन्न करता है ARDS जबकि आंतरिक नियंत्रण के रूप में सही फेफड़ों का उपयोग करने के लिए और इस रोग के संकल्प चरण का अध्ययन करने के लिए अद्वितीय अवसर प्रदान करते हैं. इस तरह के रूप में, मॉडल यहाँ चर्चा की मॉडल ARDS pathobiology, लेकिन यह भी चोट और संकल्प तंत्र है कि इस महत्वपूर्ण बीमारी को संबोधित करने के लिए प्रासंगिक हो सकता है के लिए मौलिक फेफड़ों के ऊतकों प्रतिक्रियाओं के मशीनी जांच सक्षम बनाता है.
एचसीएल का आसल प्रत्यक्ष तीव्र फेफड़ों की चोट का प्रतिनिधित्व करता है, इसलिए यह आकांक्षा न्यूमोनिटिस के साथ जुड़े पैथोफिजियोलॉजी के पहलुओं को मॉडलिंग कर रहा है। इसके अलावा, इस मॉडल में प्रारंभिक छोड़ दिया फेफड़ों का अपमान बाँझ एचसीएल का उपयोग कर उत्पन्न होता है बजाय बैक्टीरिया से लदी गैस्ट्रिक सामग्री कुछ मानव आकांक्षा की घटनाओं में देखा है कि भी निमोनिया14के लिए नेतृत्व कर सकते हैं . मनुष्यों में, रोगजनक बैक्टीरिया की आकांक्षा माध्यमिक जीवाणु निमोनिया में परिणाम कर सकती है जो तीव्र सूजन प्रतिक्रिया को बढ़ा देती है, प्रारंभिक फेफड़ों की चोट को बढ़ा देती है और एआरडीएस14विकसित करने के लिए रोगी संवेदनशीलता में वृद्धि करती है। इस संभावित सीमा को जांचकर्ताओं द्वारा जानबूझकर रोगजनक बैक्टीरिया एस्चेरीचिया कोलाई (ई. कोलाई)15 को बाँझ एचसीएल के बाद पैदा करने के लिए संबोधित किया गया है। इसके अतिरिक्त, इस विधि का उपयोग रोगजनक-मध्यस्थ की जांच करने के लिए किया गया है सूजन; एकपक्षीय जीवाणु निमोनिया बैक्टीरिया के चयनात्मक बाएं फेफड़ों के पैदा होने से प्रेरित किया जा सकता है, जैसे ई. कोलाई16,17, स्यूडोमोनास एरुजिनोसा16, और स्ट्रेप्टोकॉकस न्यूमोनिया18 . यहाँ वर्णित स्व-सीमित तीव्र फेफड़ों की चोट मॉडल का उपयोग वेंटीलेटर-प्रेरित फेफड़ों की चोट (VILI) का अध्ययन करने के लिए भी किया जा सकता है, जो मानव एआरडीएस19में मृत्यु दर में वृद्धि का एक महत्वपूर्ण कारण है। VILI के प्रायोगिक पशु मॉडल आमतौर पर ज्वारीय मात्रा है कि क्या चिकित्सकीय फेफड़ों की चोट के कारण करने के लिएप्रयोग किया जाता है की तुलना में बहुत अधिक हैं के साथ भोले चूहों में यांत्रिक वेंटिलेशन शामिल (gt; 15 एमएल/kg; पिछले काम 20,21देखें )। VILI के एक अधिक नैदानिक रूप से प्रासंगिक मॉडल की ओर, इंट्रा-ब्रोन्कियल एसिड पैदा करने के रूप में यहाँ वर्णित पहले नैदानिक रेंज के भीतर ज्वारीय मात्रा में यांत्रिक वेंटिलेशन के बाद गैर घातक फेफड़ों की चोट प्रेरित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (6-12 एमएल / इस काल्पनिक पशु मॉडल जांचकर्ताओं एक नैदानिक रूप से प्रासंगिक तरीके से VILI अध्ययन करने के लिए एक बार विकसित और मान्य की अनुमति हो सकती है. एक साथ, इन murine मॉडल चयनात्मक intrabronchial instillation विधि की बहुमुखी प्रतिभा पर प्रकाश डाला एकतरफा फेफड़ों का अपमान है कि बारीकी से मानव फेफड़ों के रोगों के साथ जुड़े रोगों के समान उत्पन्न करने के लिए.
बाएं फेफड़े के लिए विभिन्न हानिकारक एजेंटों के चयनात्मक पैदा करने की अनुमति देने के अलावा, tracheostomy के बाद इंट्रा-ब्रोन्कियल पैदा करने की तकनीक विस्तारित प्रशिक्षण, लंबी प्रक्रिया समय, या जटिल उपकरण, और अनुभवी हाथों में आवश्यकता नहीं है जानवरों के लिए कम से कम संकट का कारण बनता है। इस के बावजूद, कई समस्याओं प्रयोगात्मक परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं जो चयनात्मक HCl instillation प्रक्रिया के दौरान हो सकती है। बाएं मुख्य स्टेम ब्रोंकस के अनुचित कैनुलेशन के परिणामस्वरूप द्विपक्षीय फेफड़ों की चोट हो सकती है जो प्रयोगात्मक चूहों के अस्तित्व को कम कर देती है और एक अननिषेक आंतरिक नियंत्रण के रूप में दाएं फेफड़ों के उपयोग को भ्रमित करती है। यह कैथेटर पर्याप्त रूप से कैनुलेशन के दौरान बाएं फेफड़े की ओर angling द्वारा बचा जा सकता है जब तक प्रतिरोध तक पहुँच गया है. एचसीएल के इंजेक्शन के बाद, हवा के एक बोलस इंजेक्शन किया जाना चाहिए, कैथेटर तेजी से हटा दिया, और शल्य बोर्ड एक 60 डिग्री कोण के लिए सीधे लाया. ये कदम यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं कि एसिड बाएं फेफड़े के डिस्टल वायुमार्ग तक पहुंचता है और दाएं फेफड़े और श्वासनली में एसिड के भाटा को रोकता है, जिससे निकट चोट हो सकती है। पैदा होने के बाद 24 घंटे के भीतर, बाएं फेफड़े में चोट व्यापक फुफ्फुसीय एडीमा के साथ फैलाना है, जो डिस्टल और समीपस्थ बाएं फेफड़ों दोनों को प्रभावित करता है।
वयस्क 8-12 सप्ताह पुराने चूहों में विधि विकास के दौरान, इंट्रा-ब्रोन्कियल एचसीएल के 2.5 एमएल/ एचसीएल की कम खुराक reproduible और समरूप फेफड़ों की चोट में परिणाम नहीं था. हालांकि हम छोटे में इस मॉडल का प्रदर्शन नहीं किया है (उदा., 3-6 सप्ताह पुराने) या पुराने चूहों (उदा., 10-14 महीने पुराने), हम आशा है कि एचसीएल के वजन आधारित dosing एक फेफड़ों की चोट phenotype क्या 8-12 सप्ताह पुराने चूहों में उल्लेख किया है के समान में परिणाम होगा. हम अनुशंसा करते हैं कि जांचकर्ताओं titrate HCl खुराक वजन के चरम पर चूहों के साथ प्रयोग करने से पहले फेफड़ों की चोट के वांछित डिग्री प्राप्त करने के लिए.
इस चयनात्मक एसिड पैदा करने की प्रक्रिया बाँझ ऊतक सूजन है कि सहायक देखभाल के लिए की जरूरत कम कर देता है की एक गैर घातक murine मॉडल प्रदान करता है, इस तरह के यांत्रिक वेंटिलेशन के रूप में. घायल चूहों की विस्तारित अस्तित्व के साथ, एसिड प्रेरित सूजन आत्म को हल करने के लिए पर्याप्त समय है। इस मॉडल के संकल्प चरण अस्थायी रूप से विनियमित अंतर्जात bioactive लिपिड मध्यस्थों की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, विशेष समर्थक समाधान मध्यस्थों (SPMs) कहा जाता है, जैसे lipoxin ए4 (LXA4), Maresin 1 (MaR1), और resolvins6 ,11,12,16. घायल चूहों को exogenous SPMs प्रशासन भड़काऊ तंत्र dampening और घायल फेफड़ों के ऊतकों के catabasis को बढ़ावा देने के द्वारा एसिड प्रेरित फेफड़ों की चोट के संकल्प तेज. ये एसपीएम कूपिका एडीमा12की निकासी को बढ़ावा देते हैं , भर्ती मैक्रोफेज16द्वारा एपोटोटिक न्यूट्रोफिल्स के efferocytosis में वृद्धि , और वायुमार्ग और alveoli12 के पुन: epithealization में तेजी लाने के लिए संवहनी कम करने के लिए रिसाव और ऊतक हाइपोक्सिया। रोगज़नक़ प्रेरित फेफड़ों की चोट के एक मॉडल में, 15-एपि-रिसोलविन डी 1 ने मैक्रोफेज द्वारा बढ़ी हुई जीवाणु फागोसाइटोसिस के माध्यम से एंटीमाइक्रोबियल क्रियाओं का प्रदर्शन किया और संक्रमित फेफड़ों से बेहतर जीवाणु निकासी16. इन अंतर्जात संकल्प तंत्र की जांच ARDS5के साथ रोगियों के लिए संभावित उपन्यास चिकित्सीय रणनीतियों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है .
संकल्प तंत्र के spatiotemporal विनियमन का सबसे अच्छा अध्ययन करने के लिए, विवो प्रयोगात्मक मॉडल में की जरूरत है. तीव्र फेफड़ों की चोट मॉडल आणविक और सेलुलर प्रक्रियाओं को बढ़ावा देने मेजबान संकल्प की सगाई के साथ प्रासंगिक तीव्र भड़काऊ प्रतिक्रियाओं और अंग रोग शामिल होना चाहिए. इन तंत्रों को स्थापित संकल्प सूचकांक22का उपयोग करके परिमाणित किया जा सकता है . एकपक्षीय तीव्र फेफड़ों की चोट उत्पन्न करने के लिए चयनात्मक इंट्रा-ब्रोन्कियल इंस्टिवन विधि अंतर्जात संकल्प मध्यस्थों और रास्ते की जांच के लिए इस संबंध में उपयोगी साबित हुई है। भविष्य के अध्ययन है कि इन सक्रिय संकल्प प्रक्रियाओं की हमारी समझ को गहरा चिकित्सकीय agonists कि अंतर्जात लिपिड मध्यस्थों के bioactions की नकल करने के लिए सूजन के संकल्प को बढ़ाने और रुग्णता को कम करने के लिए अग्रणी का वादा किया है और ARDS और अन्य महत्वपूर्ण फेफड़ों की बीमारियों की मृत्यु.
The authors have nothing to disclose.
लेखकों को चुनिंदा अंतर ब्रोन्कियल विधि के विकास के लिए अपने योगदान के लिए और उनकी उपयोगी टिप्पणियों और पांडुलिपि की समीक्षा के लिए डॉ जोसेफ Mizgerd धन्यवाद देना चाहूंगा. यह काम राष्ट्रीय स्वास्थ्य अनुदान P01GM095467 (B.D.L.) और K08HL130540 (R.E.A.) द्वारा समर्थित किया गया था।
10x Zinc Fixative | BD Biosciences | 552658 | |
2-0 Braided Silk Suture | Surgical Specialties | SP118 | |
24G x 3/4" Disposable Safelet I.V. Catheter | Excel | 26751 | |
33 mm, 0.22 µm syringe filter unit | Millipore-Sigma | SLGP033RS | |
4" Long Serrated Slight Curve Graefe Forceps | Roboz | RS-5135 | |
4" Long Tip Serrated Full Curve Graefe Forceps | Roboz | RS-5137 | |
4.5 " Micro Dissecting Scissors | Roboz | RS-5912 | |
6" Crile Wood Needle Holder | Roboz | RS-7860 | |
60 mL syringe | BD Biosciences | 309653 | |
Anti-mouse FITC-Ly6G antibody | Thermo Fisher Scientific | 11-9668-82 | Preferred fluorophore can be used |
Anti-mouse PE-Ly6G antibody | Thermo Fisher Scientific | 12-9668-82 | Preferred fluorophore can be used |
Bead sterilizer | |||
Betadine Solution Swabstick | Betadine | 67618-153-01 | |
Buprenex | Reckitt Benckiser | NDC: 12496-0757-1, 12496-0757-5 | |
Clear flat-bottomed 96-well microplate | Thermo Fisher Scientific | 12565501 | |
Dulbeccos's Phosphate Buffered Saline (PBS) without Ca2+ or Mg+ | life technologies | 14190-144 | |
Electric clippers | |||
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Millipore-Sigma | E6758 | |
Evans Blue Dye | Millipore-Sigma | E-2129 | |
Heating pad | |||
Hydrochloric acid, 37% | Millipore-Sigma | 258148 | |
Ketamine | Henry-Schein | 56344 | |
Microplate reader (640, 720 nm) | |||
P200 Pipette | |||
P200 Pipette Tips | |||
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Sterile Alcohol Prep Pads | Thermo Fisher Scientific | 22-363-750 | |
Sterile Mouse Drape 8" x 8" with Oval Adhesive Fenestration | Steris | 88VCSTF | |
Sterile Nitrile Gloves | Kimberly-Clark | 56890 | |
Sterile Towl Drape | Dynarex | 4410 | |
Wax Coated 4-0 Braided Silk Suture | Covidien | SS733 | |
Xylazine | AKORN | NDC: 59399-111-50 |