Оценка надежного биомаркера в мышиной модели сепсиса, вызванной перевязкой и пункцией,
Summary
Этот протокол представляет оперативные детали перевязки и пункции слепой кишки (CLP) в мышиной модели сепсиса. CLP является одним из наиболее широко используемых методов для создания животной модели сепсиса. Поэтому для достижения надежных результатов исследований требуется стандартизированный протокол CLP.
Abstract
Сепсис является тяжелым опасным для жизни и быстро развивающимся заболеванием, которое ежегодно вызывает миллионы смертей во всем мире. Исследователи приложили огромные усилия, чтобы прояснить патофизиологию сепсиса с использованием различных животных моделей; мышиная модель сепсиса, индуцированного перевязкой и пункцией слепой кишки (CLP), широко используется в лабораториях. Тремя техническими аспектами, которые влияют на тяжесть и воспроизводимость модели CLP, являются процент перевязанной слепой кишки, размер иглы, используемой для пункции слепой кишки, и объем фекалий, втиснутых в брюшную полость. Быстрая и специфическая диагностика сепсиса является решающим фактором, влияющим на результат. Золотым стандартом диагностики сепсиса является микробная культура; однако этот процесс отнимает много времени и иногда является неточным. Обнаружение биомаркеров, специфичных для сепсиса, происходит быстро, но существующие биомаркеры неудовлетворительны из-за короткого периода полураспада, неспецифичности и недостаточной чувствительности. Поэтому возникает острая необходимость в надежном биомаркере сепсиса на ранних стадиях. Предыдущие публикации предполагают, что чрезмерные нейтрофильные внеклеточные ловушки (NETs) возникают при сепсисе. Цитруллинированный гистон H3 (CitH3), как компонент NET, повышен как у септических животных, так и у пациентов, а наличие CitH3 является надежным диагностическим биомаркером сепсиса. Настоящее исследование было направлено на описание стандартизированной мышиной модели CLP-индуцированного сепсиса и установление надежного биомаркера сепсиса в крови. Наша работа может способствовать ранней и точной диагностике сепсиса в будущем.
Introduction
Сепсис определяется как опасная для жизни дисфункция органа, вызванная нерегулируемой реакцией хозяина на инфекцию1, а септический шок является основной причиной смерти в тяжелых случаях сепсиса2. Сепсис и септический шок ежегодно приводят к миллионам смертей во всем мире3. Ключом к улучшению исхода пациентов с сепсисом является быстрое начало лечения, такого как антибиотики4. Золотым стандартом метода диагностики сепсиса является микробная культура; однако микробная культура отнимает много времени и может привести к ложноположительным и ложноотрицательным результатам, которые значительно ограничивают клиническую значимость5. Таким образом, крайне желательно выявить биомаркер сепсиса крови. Прокальцитонин признан идеальным биомаркером сепсиса, но имеет ограниченную диагностическую эффективность, поскольку он не может отличить сепсис от стерильных заболеваний6.
Перевязка и пункция слепой кости мыши (CLP) обычно используется для создания модели сепсиса в научных исследованиях. CLP является одной из наиболее широко используемых моделей сепсиса, поскольку она имитирует полимикробный перитонит, активируя как провоспалительные, так и противовоспалительные иммунные реакции7. Общепризнано, что CLP создает более клинически значимую модель сепсиса, чем альтернативные методы, такие как инъекция бактериального эндотоксина. Поэтому CLP считается классической моделью сепсиса для использования в исследовании8. Однако основным недостатком CLP является его воспроизводимость, поскольку на тяжесть модели влияют несколько факторов, таких как процент перевязки слепой кишки, размер иглы, количество проколов и метод лапаротомии. Поэтому необходимо стандартизировать модель сепсиса, вызванную CLP. В настоящем исследовании описываются детали протокола модели сепсиса, вызванной CLP, чтобы показать стандартизированную процедуру и повысить ее воспроизводимость.
Воспалительная реакция возникает на ранней стадии сепсиса, когда нейтрофилы высвобождают чрезмерное количество окислителей и протеаз, которые вызывают повреждение органов8. Ключевым фактором в патофизиологии сепсиса является образование внеклеточных ловушек нейтрофилов (NETs), которые высвобождают ядерные и цитозольные компоненты, такие как ДНК, цитруллинированные гистоны и антимикробные протеиназы9. Последние исследования показывают, что чрезмерная генерация НЭТ опосредует патологию сепсиса; Между тем, снижение NETs, посредством ферментативного ингибирования пептидиларгининдейминазы (PAD) химическими веществами, такими как YW3-56 или Cl-амидин, оказывает эффект выживания в мышиных моделях сепсиса10,11. Цитруллинированный гистон H3 (CitH3) был идентифицирован как сепсис-специфический белок в 2011году 12, и последующие публикации продемонстрировали, что циркулирующая концентрация CitH3 является надежным диагностическим биомаркером сепсиса13,14. CitH3 считается более чувствительным и долговечным биомаркером, чем прокальцитонин, и более специфичен в различении сепсиса, чем воспалительные цитокины13.
В этом исследовании мы оценили надежный диагностический биомаркер сепсиса в clP-индуцированной мышиной модели сепсиса.
Protocol
Representative Results
Discussion
CLP вводит патогены в брюшную полость для создания доклинической модели сепсиса. При выполнении CLP важно использовать стерильные условия для устранения интерференции экзогенных бактерий и использовать точные дозировки анестетиков16. Тремя техническими аспектами CLP, которы…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим профессора Ван Вэя и доктора Лю Шуай за помощь в проведении экспериментов. Эта работа финансировалась за счет грантов от Young Research Funding больницы Xiangya, Центрального Южного университета (No 2019Q10), От Национального и научного фонда провинции Хунань (No 2020JJ4902) и от Национального фонда естественных наук Китая (No 82202394).
Materials
| 21G needle | |||
| 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine | R&D Systems Inc | DY999 | |
| anti-CitH3 monoclonal antibody | laboratory self developed | ||
| anti-CitH3 polyclonal antibody | Abcam | ab5103 | |
| anti-rabbit secondary antibody | Jackson ImmunoResearch | 111-035-003 | |
| C57BL/6 mice | Xiangya School of Medicine, Central South University | ||
| Cl-amidine | Sigma Aldrich | SML2250 | |
| depilatory cream | |||
| Dnase I | Sigma Aldrich | 11284932001 | |
| isoflurane | Sigma-Aldrich | 26675-46-7 | |
| ketoprofen | Sigma Aldrich | PHR1375 | |
| silk sutures (4-0 & 6-0) | |||
| surgical instruments | |||
| YW3-56 | GLPBIO | GC48263 |
References
- Singer, M., et al. The third international consensus definitions for sepsis and septic shock (Sepsis-3). JAMA. 315 (8), 801-810 (2016).
- Shankar-Hari, M., et al. Developing a new definition and assessing new clinical criteria for septic shock: For the Third International Consensus Definitions for Sepsis and Septic Shock (Sepsis-3). JAMA. 315 (8), 775-787 (2016).
- Fleischmann-Struzek, C., et al. Incidence and mortality of hospital- and ICU-treated sepsis: results from an updated and expanded systematic review and meta-analysis. Intensive Care Medicine. 46 (8), 1552-1562 (2020).
- Evans, L., et al. Surviving sepsis campaign: international guidelines for management of sepsis and septic shock 2021. Intensive Care Medicine. 47 (11), 1181-1247 (2021).
- Hughes, J. A., Cabilan, C. J., Williams, J., Ray, M., Coyer, F. The effectiveness of interventions to reduce peripheral blood culture contamination in acute care: a systematic review protocol. Systematic Reviews. 7 (1), 216 (2018).
- Kibe, S., Adams, K., Barlow, G. Diagnostic and prognostic biomarkers of sepsis in critical care. The Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 66, 33-40 (2011).
- Dejager, L., Pinheiro, I., Dejonckheere, E., Libert, C. Cecal ligation and puncture: the gold standard model for polymicrobial sepsis. Trends in Microbiology. 19 (4), 198-208 (2011).
- Hotchkiss, R., Karl, I. The pathophysiology and treatment of sepsis. The New England Journal of Medicine. 348 (2), 138-150 (2003).
- Madhi, R., Rahman, M., Taha, D., Morgelin, M., Thorlacius, H. Targeting peptidylarginine deiminase reduces neutrophil extracellular trap formation and tissue injury in severe acute pancreatitis. Journal of Cellular Physiology. 234 (7), 11850-11860 (2019).
- Brinkmann, V., et al. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 303 (5663), 1532-1535 (2004).
- Liang, Y., et al. Inhibition of peptidylarginine deiminase alleviates LPS-induced pulmonary dysfunction and improves survival in a mouse model of lethal endotoxemia. European Journal of Pharmacology. 833, 432-440 (2018).
- Deng, Q., et al. Citrullinated histone H3 as a therapeutic target for endotoxic shock in mice. Frontiers in Immunology. 10, 2957 (2019).
- Li, Y. Q., et al. Identification of citrullinated histone H3 as a potential serum protein biomarker in a lethal model of lipopolysaccharide-induced shock. Surgery. 150 (3), 442-451 (2011).
- Pan, B., et al. CitH3: a reliable blood biomarker for diagnosis and treatment of endotoxic shock. Scientific Reports. 7 (1), 8972 (2017).
- Park, Y., et al. An integrated plasmo-photoelectronic nanostructure biosensor detects an infection biomarker accompanying cell death in neutrophils. Small. 16 (1), 1905611 (2020).
- Harikrishnan, V. S., Hansen, A. K., Abelson, K. S. P., Sorensen, D. B. A comparison of various methods of blood sampling in mice and rats: Effects on animal welfare. Laboratory Animals. 52 (3), 253-264 (2018).
- Brook, B., et al. A controlled mouse model for neonatal polymicrobial sepsis. Journal of Visualized Experiments. (143), e58574 (2019).
- Rittirsch, D., Huber-Lang, M., Flierl, M., Ward, P. Immunodesign of experimental sepsis by cecal ligation and puncture. Nature Protocols. 4 (1), 31-36 (2009).
- Baker, C. C., Chaudry, I. H., Gaines, H. O., Baue, A. E. Evaluation of factors affecting mortality rate after sepsis in a murine cecal ligation and puncture model. Surgery. 94 (2), 331-335 (1983).
