التعرض لدخان السجائر في الفئران باستخدام نظام استنشاق الجسم كله
Summary
يوضح هذا البروتوكول دراسة الآثار المرضية الفسيولوجية لدخان السجائر (CS) مع نظام التعرض لاستنشاق الجسم بالكامل (WBI) (WBIS) الذي تم بناؤه داخليا. يمكن لهذا النظام أن يعرض الحيوانات ل CS في ظل ظروف قابلة للتكرار خاضعة للرقابة للبحث عن الآثار بوساطة CS على انتفاخ الرئة وورم الدم.
Abstract
أفادت التقارير أن ما يقرب من 14٪ من البالغين في الولايات المتحدة يدخنون السجائر في عام 2018. وقد درست آثار دخان السجائر (CS) على الرئتين وأمراض القلب والأوعية الدموية على نطاق واسع، ومع ذلك، فإن تأثير CS في الأنسجة والأعضاء الأخرى مثل الدم ونخاع العظام لا تزال محددة بشكل غير كامل. ويمكن أن يكون إيجاد النظام المناسب لدراسة آثار CS في القوارض مكلفا للغاية ويتطلب شراء أنظمة متاحة تجاريا. وهكذا ، شرعنا في بناء نظام بأسعار معقولة وموثوق بها وتنوعا لدراسة الآثار المرضية لل CS في الفئران. هذا النظام التعرض استنشاق الجسم كله (WBIS) انشاء يحاكي التنفس والنفخ من السجائر عن طريق التعرض بالتناوب ل CS والهواء النقي. هنا نظهر أن هذا النظام افعل ذلك بنفسك (DIY) يحفز التهاب مجرى الهواء وانتفاخ الرئة في الفئران بعد 4 أشهر من التعرض لدخان السجائر. كما تظهر آثار استنشاق الجسم كله (WBI) من CS على الخلايا الجذعية والذرية الدموية (HSPCs) في نخاع العظام باستخدام هذا الجهاز.
Introduction
تدخين السجائر لا يزال واحدا من الأسباب الرئيسية للأمراض التي يمكن الوقاية منها في الولايات المتحدة على الرغم من الانخفاض المطرد في عدد البالغين الذين يدخنون السجائر في السنوات ال 50-60الماضية 1. ومن المعروف على نطاق واسع أن التدخين يرتبط بأمراض متعددة في الرئتين والدم بما في ذلك مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) ، وهي مجموعة من الأمراض التي تشمل انتفاخ الرئة والتهاب الشعب الهوائية المزمن2،3،4. وفقا لمركز السيطرة على الأمراض (CDC) ، في عام 2014 ، كان مرض الانسداد الرئوي المزمن ثالث سبب رئيسي للوفاة في الولايات المتحدة مع أكثر من 15 مليون أمريكي يعانون من هذا المرض5.
كما ارتبطت CS مؤخرا بارتفاع خطر الإصابة بالهيماتوبويز (CH)6،7، وهي حالة تنتج فيها خلية جذعية دموية واحدة بشكل غير متناسب نسبة كبيرة من الدم المحيطي للشخص. تشير هذه النتيجة إلى وجود صلة محتملة بين التدخين ووظيفة نخاع العظم. وبالنظر إلى الآثار الصحية الواسعة النطاق والكبيرة للغاية المترتبة على CS وبالنظر إلى أن نماذج المورفين للأمراض هي حجر الزاوية للتقدم في البحوث الطبية الحيوية ، فمن المفيد تطوير أنظمة فعالة وبأسعار معقولة لنموذج CS في الفئران.
هنا، ونحن نقدم دليل خطوة بخطوة لبناء نظام بأسعار معقولة لعلاج ودراسة الآثار في الجسم الحي من CS على انتفاخ الرئة وانتفاخ الرئة التوازن. تجميع هذه المعدات لا يتطلب المستخدم أن يكون المعرفة المتخصصة، وبالتالي يسمح للتجميع DIY.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا نقدم المعلومات اللازمة لبناء جهاز لWBIS من الفئران إلى CS. بعد تركيب النظام، من المهم للغاية أن يقوم المحققون بمعايرة النظام على أساس الجرعة المسلمة من النيكوتين أو الكوتينين في الحيوانات. يحتوي الجهاز على جهاز توقيت ومقاييس ضغط يمكن استخدامها لضبط حجم نفخة السجائر ، وتكرار النفخة ، وفت?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم AR و XH و PE من قبل منحة NIH R01HL140398 ومنحة مؤسسة جيلسون لونغنباو. تم دعم DEMM وKK من قبل المعاهد القومية للصحة منح R01HL136333 و R01HL134880 (KYK) ، ومنحة من مؤسسة هيليس للبحوث الطبية. كما يدعم DEMM من قبل معهد هوارد هيوز الطبي (HHMI) زمالة جيليام للدراسة المتقدمة. ويدعم PE أيضا من خلال التدريب في علوم الصحة البيئية الدقيقة NIEHS T32 ES027801 برنامج الزمالة. يتم دعم JC وMF من قبل صناديق أبحاث التبغ من قسم علم الوراثة اللاجينية والمواد المسرطنة الجزيئية ومركز علم الوراثة اللاجينية (جائزة الباحث إلى MF) في MD Anderson. يتم دعم FK و YZ من قبل المعاهد القومية للصحة منح R01 ES029442-01 وR01 AI135803-01 وكذلك منحة الجدارة VA CX000104. تم دعم هذا المشروع من قبل نواة قياس الخلايا وفرز الخلايا في كلية بايلور للطب بتمويل من جائزة دعم مرفق CPRIT الأساسي (CPRIT-RP180672) والمعاهد القومية للصحة (CA125123 و RR024574) ومساعدة جويل م. سيدرستروم.
Materials
| 1 in fastener | Lowes | 756990 | |
| 1/4 in Barbed Y connector | VWR | 89093-282 | |
| 1/4 in straight tubing connector | VWR | 62866-378 | |
| 1/8 hex nipple | Lowes | 877221 | |
| 1/8 in threaded coupling fitting | Lowes | 877208 | |
| 1/8 in threaded male adapter nipple fitting | Lowes | 877243 | |
| 10/32 (M) threaded straight connector | Bimba | EB60 | |
| 3/4 in 90-degree elbow CPVC fitting | Lowes | 22643 | |
| 3/4 in chlorinated polyvinyl chloride (CPVC) pipe | Lowes | 23814 | |
| 3/4 in CPVC cap | Lowes | 23773 | |
| 3/4 in CPVC Drip irrigation female adapter | Lowes | 194629 | |
| 3/4 in diameter CPVC male adapter | Lowes | 23766 | |
| 8.5 L airtight container with lid (11.25in x 7.75in x 6 in) | Komax | N/A | Listed as "Komax Biokips Large Bread Box | (280-oz) Large Storage Container" |
| Glass drain tube (1.75 in diameter x 8 in length) | KIMAX | 6500 | |
| Isonic Solenoid Valves | Bimba | V2A02-AW1 | |
| Marlboro Red 100's | Marlboro | N/A | |
| Oxygen swivel barbed connector | Global Medical Solutions | RES002 | |
| Panasonic Timer LT4H-W | Panasonic | LT4HW | Item was built-in the valve controller by Shepherd Controls & Associates |
| Pressure regulator | Allied Electronics and Automation | 70600552 | Also listed as "Norgren R07-100-RGKA" |
| Rubber stopper # 1 (one hole) | VWR | 59581-163 | |
| Rubber stopper # 8.5 (one hole) | VWR | 59581-389 | |
| Scireq inExpose system | Scireq and Emka Technologies | N/A | Commercial system used for comparison with our DIY WBIS |
| Straight barbed fitting (8mm opening) | VWR | 10028-872 | |
| Thread Sealant tape | Lowes | 1184243 | |
| Threaded port adaptor | Bimba | P1SA1 | |
| Timeter Aridyne 2000 Medical Air Compressor | MFI Medical | AHC-TE20 | |
| Timeter flowmeter | Allied Healthcare Products | 15006-03YP2 | Also listed as "Puritan Air Meter" |
| Valve Control system | Shepherd Controls and Associates | N/A | Company custom designed the valve control system for this model. |
| Vinyl pipes | Vitality Medical | RES3007 |
References
- Current Cigarette Smoking Among Adults in the United States. Center for Disease Control and Prevention Available from: https://www.cdc.gov/tobacco/data_statistics/fact_sheets/adult_data/cig_smoking/index.htm (2018)
- Salvi, S. Tobacco smoking and evironmental risk factors for chronic obstructive pulmonary disease. Clinics in Chest Medicine. 35, 17-27 (2014).
- Sunyer, J., et al. Longitudinal relation between smoking and white blood cells. American Journal of Epidemiology. 144, 734-741 (1996).
- Freedman, D. S., Flanders, D., Barboriak, J. J., Malarcher, A. M., Gates, L. Cigarette smoking and leukocyte subpopulations in men. Annals of Epidemiology. 6, 299-306 (1996).
- Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD). Center for Disease Control and Prevention Available from: https://www.cdc.gov/copd/basics-about.html (2019)
- Genovese, G., et al. Clonal hematopoiesis and blood-cancer risk inferred from blood DNA sequence. New England Journal of Medicine. , (2014).
- Steensma, D. P. Clinical implications of clonal hematopoiesis. Mayo Clinic Proceedings. 93, 1122-1130 (2018).
- Tobacco. Federal Trade Comission Available from: https://www.ftc.gov/tips-advice/business-center/selected-industries/tobacco (2020)
- 3R4F Cigarettes. University of Kentucky – College of Agriculture Food and Environment Available from: https://ctrp.uky.edu/products/gallery/Reference (2020)
- Shan, M., et al. Cigarette smoke induction of osteopontin (SPP1) mediates T H 17 inflammation in human and experimental emphysema. Science Translational Medicine. 4, 1-10 (2012).
- Yuan, X., et al. Activation of C3a receptor is required in cigarette smoke-mediated emphysema. Nature Mucosal Immunology. 8, 874-885 (2014).
- Yuan, X., et al. Cigarette smoke – induced reduction of C1q promotes emphysema. JCI Insight. 4, 1-17 (2019).
- Shan, M., et al. Agonistic induction of PPAR g reverses cigarette smoke – induced emphysema Find the latest version: Agonistic induction of PPAR γ reverses cigarette smoke – induced emphysema. Journal of Clinical Investigation. 124, 1371-1381 (2014).
- Hong, M. J., et al. Protective role of gd T cells in cigarette smoke and influenza infection. Nature Mucosal Immunology. 11, 834-908 (2018).
- Kim, M., et al. Cigarette smoke induces intestinal inflammation via a Th17 cell-neutrophil axis. Frontiers in Immunology. 10, 1-11 (2019).
- Lu, W., et al. The microRNA miR-22 inhibits the histone deacetylase HDAC4 to promote T H 17 cell – dependent emphysema. Nature Immunology. 16, 1185-1194 (2015).
- Hendrix, A. Y., Kheradmand, F. . The Role of Matrix Metalloproteinases in Development, Repair, and Destruction of the Lungs. Progress in Molecular Biology and Translational Science. 148, (2017).
- Siggins, R. W., Hossain, F., Rehman, T., Melvan, J. N., Welsh, D. A. Cigarette smoke alters the hematopoietic stem cell niche. Med Sci. 2, 37-50 (2014).
- Kheradmand, F., You, R., Gu, B. H., Corry, D. B. Cigarette smoke and DNA cleavage promote lung inflammation and emphysema. Transactions of the American Clinical and Climatological Association. 128, 222-233 (2017).
- Ha, M. A., et al. Menthol attenuates respiratory irritation and elevates blood cotinine in cigarette smoke exposed mice. PLoS ONE. , 1-16 (2015).
- Moreno-Gonzalez, I., Estrada, L. D., Sanchez-Mejias, E., Soto, C. Smoking exacerbates amyloid pathology in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nature Communications. 4, 1-10 (2013).
- Madison, M. C., et al. Electronic cigarettes disrupt lung lipid homeostasis and innate immunity independent of nicotine. Journal of Clinical Investigation. 129, 4290-4304 (2019).
