Name: generation of a chronic obstructive pulmonary disease model in mice by repeated ozone exposure
Uploaded: 2017-08-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Generation of a Chronic Obstructive Pulmonary Disease Model in Mice by Repeated Ozone Exposure at JoVE.com

Die Autoren möchten Mr Boyin Qin (Shanghai Public Health Clinical Center) bedanken, für die technische Hilfe bei der µCT-Bewertung in diesem Protokoll.

Hinweis: die OE-Modell generiert und in bereits berichtet Forschung 30 , 31 , 32 verwendet wurde. Alle Tierversuche wurden genehmigt durch die institutionelle Animal Care und Nutzung Committee (IACUC) der Shanghai Jiaotong University.
 1. Mäuse <ol><li>Haus Erreger frei, 7 bis 9 Woche alten weiblichen BALB/c Mäusen in einzelnen belüftete Käfige in ein Tier Anlage unter kontrollierten Temperatur (20 ° C) und Luftfeuchtigkeit (40-60 %). Bieten Sie eine leichte 12 h und 12 h-dunkel-Zyklus in der Anlage. Nahrung und Wasser Ad Libitum.</li>
</ol> 2. Ozon oder Luft Exposition <ol><li>erzeugen Ozon mit einem elektrischen Generator in einer Abdichtung (z.B. Plexiglas) Acryl-Box. Schlag die Luft aus der Box mit einem kleinen Gebläse durch eine Entlüftungsleitung, der auf der innen- und Außenseite der Box verbunden ist. Überwachung der Konzentration des Ozons in der Box mit einem Ozon-Sonde. Warten, bis die Konzentration von Ozon im Feld 2,5 Teile pro erreicht million (ppm). 
	Hinweis: Die Ozon-Sonde kann der Ozon-Generator automatisch wechseln, ein- oder ausschalten und pflegen das Ozon-Niveau im Feld bei 2,5 ppm.</li>
	<li>Statt die Mäuse in das Feld, wenn die Ozon 2,5 ppm erreicht. Halten Sie sich die Mäuse in der Box für 3 h jedes Mal Ozon ausgesetzt. 
	Hinweis: Feld kann Erhaltung ein Ozon 2,5 ppm in den 3 h durch die Ozon-Generator automatisch ein- und Auschalten und bläst die CO 2, die entsteht durch die Mäuse out of the Box.</li>
	<li>Geben zwei Ozon Belichtungen (jeder Belichtung dauert 3 h) pro Woche (einmal alle 3 Tage) für 7 Wochen; Kontrollmäusen Luft gleichzeitig und im gleichen Zeitraum aussetzen.</li>
</ol> 3. Mikro-Computertomographie <ol><li>am Ende der 7. Woche, betäuben die Mäuse mit einer intraperitonealen Injektion von Pelltobarbitalum Natricum (1 %, 0,6 - 0,8 ml/100 g) passen Sie die Dosis entsprechend dem individuellen Situationen zu sehen, dass die Maus nicht reagieren auf eine Zehe Prise. Monitor und halten Sie die Maustaste auf einem stetigen Atemfrequenz; und darauf achten, dass keine freiwillige Bewegungen existieren im Verlauf der Verfahren.</li>
	<li>Legen den narkotisierten Mäuse in der Kammer ein Mikro-Computertomographie (µCT).</li>
	<li>Kalibrieren der µCT unter Verwendung der standard-Protokoll und der Hersteller &#39; Anweisungen. Festlegen der Röntgenröhre um 50 kV und der Strom am 450 µA. 
	Hinweis: Sowohl der Röntgen- und der Detektor drehen sich um die Mäuse.</li>
	<li>Führen Sie die µCT-Analyse durch den Erwerb von 515 Projektionen mit einer effektiven Pixelgröße von 0,092 mm eine Belichtungszeit von 300 ms für eine Scheibe und eine Scheibendicke von 0,093 mm.</li>
	<li>Rekonstruieren die Lunge mit der aufgenommenen Bilder mit Hilfe einer Software. Passen Sie die Helligkeit des Graustufen-Bildes durch Festlegen von Minimum und Maximum der Graustufen-750 und-550 Hounsfield-Einheiten bzw.. 
	Hinweis: Die Software berechnet automatisch die Bände des Lungenparenchyms und der niedrige Dämpfung Bereich (LAA) 34 , 35.</li>
	<li>Berechnung des Prozentsatzes von LAA (LAA %) dividiert das LAA-Volumen durch das gesamte Lungenvolumen.</li></ol>
 4. Laufband testen <ol><li>geben die Mäuse eine Anpassung mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min für 10 min auf einem laufenden Laufband Maschine Hinweis testen: der Strom ist immer deaktiviert, wenn das Verfahren durchgeführt wird.</li> <li>verwalten ein Dauertest für die Mäuse.
	<ol><li>Wärmen die Mäuse mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min für 5 min.</li>
		<li>Erhöhen Sie die Geschwindigkeit auf 15 m/min für 10 min.</li>
		<li>Die Trainingsintensität zu erhöhen: erhöht die Geschwindigkeit von 5 m/min, ab 20 m/min., alle 30 min. bis Mäuse kann nicht weiter 36 ausgeführt.</li>
	</ol></li> <li>Erfassen die gesamte Laufstrecke und Laufzeit als Müdigkeit Distanz und Müdigkeit Zeit bzw..</li></ol>
 5. pulmonale Funktion Messungen <ol><li>betäuben die Mäuse mit einer intraperitonealen Injektion von Pelltobarbitalum Natricum (1 %, 0,6 - 0,8 ml/100 g) passen Sie die Dosis entsprechend dem individuellen Situationen zu sehen, dass die Maus reagiert nicht auf eine Zehe Prise und warten, bis die Mäuse spontane Atmung. Monitor unterhalten und halten Sie die Maustaste auf einem stetigen Atemfrequenz; und darauf achten, dass keine freiwillige Bewegungen existieren im Verlauf der Verfahren.</li>
	<li>Tracheostomize die Mäuse sorgfältig und legen Sie sie in einen Körper Plethysmogramm, die an eine Computer-gesteuerte Lüfter angeschlossen ist. 
	Hinweis: Belüftung erfolgt über ein Ventil befindet sich proximal zu den Endotrachealtubus. Das Setup bietet verschiedene halbautomatische Manöver, einschließlich die quasi-statische Druck-Volumen-Manöver und das Manöver schnell Spülmenge.</li>
	<li>Durchschnittlich Atemfrequenz von 150 Atemzüge/min um den narkotisierten Maus über druckgesteuerte Beatmung bis eine regelmäßige Atmung zu verhängen und komplette Ablauf bei jedem Atemzyklus erzielt wird.</li>
	<li>Führen das quasi-statische Druck-Volumen-Manöver mit dem Gerät mithilfe der Unterdruck erzeugt in der Plethysmogramm.</li>
	<li>Führen Sie durch die schnelle Strömung Volumen Manöver in die quasi-statische Druck-Volumen-Loops zum Aufzeichnen der FVC und der FEV. Aufblasen die Lunge + 30 cm H 2 O und sofort danach verbinden Sie es mit einem äußerst negativen Druck zur Durchsetzung Ablauf bis das Restvolumen der FEV in den ersten 25, 50 und 75 ms Ausatmung (FEV 25-30 cm H 2 O. Record ist FEV 50 und FEV 75, beziehungsweise). Lehnen Sie die suboptimale Manöver. Für jeden Test mit jedem Mausklick führen mindestens drei akzeptable Manöver, einen zuverlässigen Mittelwert für alle numerischen Parametern zu erhalten.</li>
</ol> 6. BALF Sammlung <ol><li>nach terminal Anästhesie mit Pelltobarbitalum Natricum ((1 %, 1,8-2,4 ml/100 g) passen Sie die Dosis entsprechend dem individuellen Situationen zu sehen, dass die Maus nicht auf eine Zehe Prise reagieren und Atem zu verlieren), Lavage der Mäuse mit 2 mL PBS über eine 1 mm Durchmesser endotracheal Schlauch und dann abrufen BALF 10.</li>
	<li>Die abgerufenen Lavage Aliquote bündeln und Zentrifugieren sie bei 4 ° C und 250 X g für 10 min.</li>
	<li>Den Überstand für den sofortigen Einsatz sammeln und speichern den Rest bei-80 ° C oder flüssiger Stickstoff.</li>
	<li>Zählen die Gesamtzahl der Zellen unter Verwendung einer Hemocytometer.</li>
	<li>Der Zelle Pellet in PBS und dann Spin (1.400 x g, 6 min) 250 µL resuspendierte Zellen auf Folien mit einer Folie Spinner Zentrifuge Aufschwemmen.</li>
	<li>Gelten Wright zu beflecken Zellen auf den Folien nach Angaben des Herstellers &#39; s Protokoll.</li>
	<li>200 Zellen pro Maus; identifizieren die Zellen wie Makrophagen und Neutrophilen, nach standard Morphologie unter 400 X Vergrößerung; zählen und ihre Nummern.</li>
</ol> 7. Kardiale Blutabnahme <ol><li>Blut über Herzpunktion zu sammeln, laden Sie es in 1,5 mL Röhrchen, und halten Sie es für 30 min auf Eis</li>
	<li>Zentrifugieren der Blutproben für 5 min bei 2.000 x g und 4 ° c</li>
	<li>Übertragung den überstand (Serum) zu einem neuen Schlauch und bei-80 ° C oder flüssiger Stickstoff aufbewahren.</li>
	<li>Bereiten das Serum für IL-1β, IL-10 und Tests zum Nachweis von TNF-α mit der jeweiligen ELISA-Kits.</li>
</ol> 8. Lunge morphometrische Analyse <ol><li>zu sezieren, die Lunge und Tracheas von den Mäusen.
	<ol><li>Stellung jedes euthanasierten Maus auf eine chirurgische Board sofort nach Opfer.</li>
		<li>Sezieren entfernt das Platysma und vorderen trachealen Muskeln zu visualisieren und Zugriff auf die trachealen Ringe.</li>
		<li>Open up der thorakalen Hohlraum. Sezieren von Lunge und Luftröhre, aber nicht das Herz aus der Lunge zu trennen.</li>
	</ol>
	</li> <li>Den endotrachealen Katheter an eine Spritze mit 4 % Paraformaldehyd durch ein PE90 Polyethylen-Rohr anschließen. 
	Achtung: Paraformaldehyd ist giftig. Handschuhe und Schutzbrille zu tragen und verwenden Sie die Lösung in einer Dampfhaube.</li>
	<li>Aufblasen die Lunge komplett mit 4 % Paraformaldehyd (10 Tropfen, ~ 200 µL) durch den Endotrachealtubus Katheter. Entfernen Sie das Herz nach dem Abschluss der Inflation.</li>
	<li>Pflegen der Lunge in der 15 mL Tube mit 10 mL 4 % Paraformaldehyd für mindestens 4 Std.</li>
	<li>Die Lunge in Paraffin einbetten. Erhalten Sie 5 µm Abschnitte durch Paraffinblock mit einem rotierenden Mikrotom. Während dem Schneiden, setzen Sie die maximale Fläche von Lungengewebe im Bereich Bronchialbaum.</li>
	<li>Für morphometrische Analyse durchführen, Hämatoxylin und Eosin (H &#38; E) Flecken auf den Abschnitten.</li>
	<li>Bild in den Abschnitten mit aufrechten Hellfeld Mikroskop (Objektiv, 20 X, Belichtungszeit, 1,667 ms).</li>
	<li>Haben zwei Ermittler geblendet, das Behandlungsprotokoll die histologischen Abschnitte unabhängig voneinander zählen. Verwenden Sie die mittlere lineare abfangen (L m) als Parameter zum Messen des Abstands zwischen alveoläre septal Wand. L-m mit den folgenden Schritten zu bestimmen: <ol><li>die Bilder der Abschnitte in Photoshop öffnen und ein Fadenkreuz-Gitter auf das Bild mit fünf 550 µm langen Leitungen zeichnen.</li>
		<li>Die Anzahl der Alveolen über die Rasterlinie.</li>
		<li>L m berechnen indem man die Länge der Rasterlinie durch die Anzahl der Alveolen. Für die Quantifizierung Bild fünf Abschnitte per Mausklick. Zehn Bilder der einzelnen Abschnitte (ein Bild pro Feld) zu erwerben und nach dem Zufallsprinzip zu beurteilen. Während der Feldauswahl, vermeiden Felder der Atemwege und Schiffe durch ein Feld verschieben, vor oder in eine andere Richtung. 
		Hinweis: Die Daten sind als Mittelwert ± S.E.M vorgestellt Ein UN-gepaarter t-Test wurde für den Vergleich zwischen Luft-exponierten Mäusen und Ozon ausgesetzt Mäusen durchgeführt. Drei Tiere jeder Gruppe wurden verwendet, um die erhebliche Differenz berechnen. Ein p-Wert von &#60; 0,05 galt als bedeutende.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Z.W.S. und W.W sind aktuelle Mitarbeiter und Stock-Option-Inhaber der zellulären Biomedizin-Gruppe (NASDAQ: CBMG). Die anderen Autoren erklären, dass sie keine Interessenskonflikte.

In dieser Studie stellen wir eine zuverlässige Methode zur Erzeugung eines neuen COPD-Modells. Im Vergleich zu anderen Modellen (z.B. LPS oder PSA-Modelle), rekapituliert dieser OE-Modell des pathologischen Prozesses von COPD-Patienten. Da Zigarettenrauch das Hauptmaterial gefährlicher, das menschlichen Patienten40COPD verursacht ist, bleibt das CS-Modell der beliebtesten COPD Modell41,42. Das CS-Modell erfordert jedoch eine 3 -...

Es wurde geschätzt, dass COPD, Emphysem und chronische Bronchitis, darunter möglicherweise die dritte Todesursache in der Welt im Jahr 20201,2. Das mögliche Auftreten von COPD in einer Bevölkerung über 40 Jahre alt wird voraussichtlich 12,7 % bei Männern und Frauen innerhalb der nächsten 40 Jahre38,3 %. Keine Medikamente sind derzeit für die progressive Verschlechterung der COPD Patienten4rückgängig zu machen. Zuverlässige Tiermodellen der COPD nicht nur fordern die Nachahmung des pathologischen Prozesses Erkrankung aber auch benötigen eine kurze Generation. Aktuelle COPD-Modelle, einschließlich der LPS oder ein PSA-induzierte Modell induzieren können Emphysem-ähnliche Symptome5,6. Eine einzige Verwaltung oder eine Woche lang Herausforderung von LPS oder PSA auf Mäuse oder Ratten führt zu deutlichen Neutrophilie im alvéolaire Lavage Fluid (BALF), Erhöhungen Pro-inflammatorischen Mediatoren (z. B. TNF-α und IL-1β) in BALF oder Serum, produziert die Lunge Parenchym Zerstörung erweiterten Lufträume und Grenzen Luftstrom5,6,7,8,9,10. Jedoch LPS oder PSA sind keine Ursachen der menschlichen COPD und somit nicht zu imitieren den pathologischen Prozess11. Ein CS-induzierte Modell produziert eine persistente Luftstrom Einschränkung, Lungen-Parenchym Zerstörung und funktionelle Übung Kapazität verringert. Eine traditionelle CS-Protokoll erfordert jedoch mindestens 3 Monate um eine COPD Modell12,13,14,15zu generieren. Daher ist es wichtig, eine neue, effizientere Tiermodell zu generieren, die die zwei Anforderungen erfüllt.
Vor kurzem neben Rauchen, Luftverschmutzung und berufsbedingte Exposition häufiger Ursachen der COPD16,17,18geworden. Ozon, als eines der wichtigsten Schadstoffe (obwohl nicht Hauptbestandteil der Luftverschmutzung), kann direkt mit der Atemwege reagieren und schädigen das Lungengewebe von Kindern und Jugendlichen Erwachsenen19,20,21 ,22,23,24,25. Ozon, sowie andere Stimulatoren wie LPS, PSA und CS, engagieren sich in eine Reihe von biochemischen Wege der pulmonale oxidativen Stress und DNA-Schäden und Zusammenhängen für die Initiierung und Förderung von COPD26,27. Ein weiterer Faktor ist, dass die Symptome der COPD-Patienten verschlechtert sich nach Ozon, darauf hinweist, dass Ozon Lunge Funktion18,28,29stören kann ausgesetzt werden. Aus diesem Grund generiert wir ein neues Modell der COPD durch immer wieder Mäuse, um hohe Konzentrationen von Ozon für 7 Wochen aussetzen; Dies führte zu Luftstrom Mängel und parenchymatösen Lungenschäden ähnlich denen von früheren Untersuchungen30,31,32. Wir erweitern das OE-Protokoll zu weiblichen Mäusen in dieser Studie und erfolgreich reproduziert das Emphysem beobachtet bei männlichen Mäusen in unserem vorherigen Studien30,31,32. Da COPD-Mortalität bei Männern zurückgegangen aber erhöht bei Frauen in vielen Ländern33, eine COPD-Modell bei den Weibchen notwendig ist, um die Mechanismen zu studieren und therapeutischen Methoden für weibliche COPD-Patienten zu entwickeln. Die Anwendbarkeit des OE-Modells für alle Geschlechter unterstützt weitere seine Verwendung als ein COPD-Modell.

<table><tbody><tr><td>BALB/c mice</td><td>Slac Laboratory Animal,Shanghai, China</td><td>N/A</td><td>7-to-9-week-old female BALB/c mice were used in this study.</td></tr><tr><td>Individual ventilated cages</td><td>Suhang, Shanghai, China</td><td>Model Number: MU64S7</td><td>The cages were used for housing mice in the animal facility.</td></tr><tr><td>Sealing perspex-box</td><td>Suhang, Shanghai, China</td><td>N/A</td><td>The box was used&amp;nbsp; to contain the ozone generator. Mice were exposed to ozone within the box.</td></tr><tr><td>Electric generator</td><td>Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Germany</td><td>Model 500&amp;nbsp;</td><td>The device was used for generating ozone.</td></tr><tr><td>Ozone probe</td><td>ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, UK</td><td>Ozone 300</td><td>The device was used for monitoring and controlling the generation of ozone.</td></tr><tr><td>Pelltobarbitalum natricum</td><td>Sigma, St. Louis, MO, USA</td><td>P3761</td><td>Mice were anesthetized by intraperitoneal injection of pelltobarbitalum natricum.</td></tr><tr><td>Micro-Computed Tomography</td><td>GE Healthcare, London, ON, Canada</td><td>RS0800639-0075</td><td>This device was used for acquiring images of the lung.</td></tr><tr><td>Micro-view 2.01 ABA software</td><td>GE Healthcare, London, ON, Canada</td><td>Micro-view 2.01&amp;nbsp;</td><td>This device was used for reconstruct the lung and analyze volume, LAA of the lung.</td></tr><tr><td>Treadmill machine&amp;nbsp;</td><td>Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, China</td><td>DSPT-208</td><td>This machine was usd for fatigue test.</td></tr><tr><td>Body plethysmograph</td><td>eSpira&amp;trade; Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK</td><td>Forced Manoeuvres System</td><td>This device was used to test spirometry pulmonary function.</td></tr><tr><td>Ventilator</td><td>eSpira&amp;trade; Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK</td><td>Forced Manoeuvres System</td><td>This device was used to test spirometry pulmonary function.</td></tr><tr><td>Slide spinner centrifuge</td><td>Denville Scientific, Holliston, MA, USA</td><td>C1183&amp;nbsp;</td><td>It was used to spin BALF cells onto slides.</td></tr><tr><td>Wright Staining</td><td>Hanhong, Shanghai, China</td><td>RE04000054</td><td>&amp;nbsp;It was used to staining macrophages, neutrophils in the suspended BALF.</td></tr><tr><td>Hemocytometer</td><td>Hausser Scientific, Horsham, PA, USA</td><td>4000</td><td>It was used to count cells.</td></tr><tr><td>IL-1&amp;beta;</td><td>Abcam, Cambridge, MA, USA</td><td>ab100704</td><td>They were used to test the respective factors in serum.</td></tr><tr><td>IL-10</td><td>Abcam, Cambridge, MA, USA</td><td>ab46103</td><td>They were used to test the respective factors in serum.</td></tr><tr><td>TNF-&amp;alpha;</td><td>Abcam, Cambridge, MA, USA</td><td>ab100747</td><td>They were used to test the respective factors in serum.</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde&amp;nbsp;</td><td>Sigma, St. Louis, MO, USA</td><td>P6148</td><td>The lung was inflated by 4% paraformaldehyde.</td></tr><tr><td>Paraffin</td><td>Hualing, Shanghai, China</td><td>56#</td><td>It was used to embed the lung.</td></tr><tr><td>Rotary Microtome</td><td>Leica, Wetzlar,&amp;nbsp; Hesse, Germany</td><td>RM2255</td><td>It was used for sectioning the lung.</td></tr><tr><td>Hgaematoxylin and Eosin (H&amp;amp;E) staining solution</td><td>Solarbio, Beijing, China</td><td>G1120</td><td>H&amp;amp;E staining was done for morphometric analysis.</td></tr><tr><td>Upright bright field microscope</td><td>Olympus, Center Valley, PA, USA</td><td>CX41</td><td>It was used to image the H&amp;amp;E staining slides.</td></tr><tr><td>Adobe Photoshop 12</td><td>Adobe, San Jose, CA, USA</td><td>Adobe Photoshop 12</td><td>It was used to count the number of alveoli on the H&amp;amp;E stained images.</td></tr><tr><td>GraphPad prism 5</td><td>Graphpad Software Inc., San Diego, CA</td><td>GraphPad prism 5</td><td>It was used for data analysis and production of figures.</td></tr></tbody></table>

generation of a chronic obstructive pulmonary disease model in mice by repeated ozone exposure

Chronischer obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) zeichnet sich durch anhaltende Luftstrom Einschränkung und Lunge parenchymatösen Zerstörung. Es hat eine sehr hohe Inzidenz in alternden Bevölkerung. Die aktuellen konventionellen Therapien für COPD Fokus hauptsächlich auf Symptom-modifizierende Drogen; die Entwicklung neuer Therapien ist daher dringend erforderlich. Qualifizierte Tiermodellen der COPD könnte dazu beitragen, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu charakterisieren und eignet sich für neue Drogen-Screening. Aktuelle Modelle der COPD, wie Lipopolysaccharid (LPS) oder die Schweine Pankreas Elastase (PSA)-induzierte Emphysem Modell generieren COPD-ähnliche Läsionen in der Lunge und Atemwege aber nicht sonst ähneln die Pathogenese der menschlichen COPD. Eine Zigarette zu rauchen (CS)-induzierte Modell bleibt eines der beliebtesten, weil es nicht nur COPD-ähnliche Läsionen in den Atemwegen simuliert, aber es basiert auch auf einer der wichtigsten gefährlichen Stoffen, die COPD in den Menschen verursacht. Allerdings beschränken die zeitraubende und arbeitsintensive Aspekte des Modells CS-induzierte drastisch ihre Anwendung in der neuen Wirkstoff-Screening. In dieser Studie erzielten wir erfolgreich ein neues Modell der COPD, indem man Mäuse zu hohen Niveaus des Ozons. Dieses Modell zeigt die folgenden: 1) erzwungene exspiratorischen Volumen 25, 50 und 75/gezwungen Vitalkapazität verringert (FEV25/FVC, FEV50/FVC und FEV75/FVC), unter Angabe der Verschlechterung der Lungenfunktion; (2) erweiterten Lungen-Alveolen mit Lungen-Parenchym Zerstörung; (3) reduziert Müdigkeit Zeit und Distanz; und 4) Entzündung erhöht. Zusammengenommen zeigen diese Daten, dass das Ozon Exposition (OE) Modell ein zuverlässiger Tiermodell das ähnlich wie beim Menschen ist ist, weil Ozon Überbelichtung ist eines der ätiologischen Faktoren der COPD. Darüber hinaus dauerte es nur ca. 6-8 Wochen, basierend auf unsere bisherige Arbeit, um eine OE-Modell zu erstellen, es erfordert 3-12 Monate induzieren das Zigarettenrauch Modell, darauf hinweist, dass die OE-Modell eine gute Wahl für COPD Forschung werden könnte.

Beispiele für 3D µCT-Bilder der einzelnen Gruppen werden in Abbildung 1eineangezeigt. Die Ozon-exponierten Mäuse hatten einen deutlich größeren totale Lungenvolumen (Abbildung 1ein und b) und LAA % (Abbildung 1c) als die Luft-exponierten Kontroll-Mäusen hat. Das Lungenvolumen und LAA % weiterhin auf erhöhtem Niveau nach sechs Wochen von Ozon E...

Watch this Scientific Journal Video about Generation of a Chronic Obstructive Pulmonary Disease Model in Mice by Repeated Ozone Exposure at JoVE.com

Generation of a Chronic Obstructive Pulmonary Disease Model in Mice by Repeated Ozone Exposure

Diese Studie beschreibt die erfolgreiche Generierung von ein neues Tiermodell für die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), indem man immer wieder Mäuse, um hohe Konzentrationen von Ozon.

Generation von eine chronisch obstruktive Lungenerkrankung-Modell bei Mäusen durch wiederholte Ozonbelastung

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by persistent airflow limitation and lung parenchymal destruction. It has a very high ...

generation-chronic-obstructive-pulmonary-disease-model-mice-repeated

Research

JoVE Journal

Medicine

10.9K Aufrufe.  Cellular Biomedicine Group, Shanghai. Diese Studie beschreibt die erfolgreiche Generierung von ein neues Tiermodell für die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), indem man immer wieder Mäuse, um hohe Konzentrationen von Ozon.

Serie: Generation of a Chronic Obstructive Pulmonary Disease Model in Mice by Repeated Ozone Exposure

Long Term Chronic Pseudomonas aeruginosa Airway Infection in Mice

A mouse model of chronic airway infection is a key asset in cystic fibrosis (CF) research, although there are a number of concerns regarding the model itself. Early phases of inflammation and infection have been widely studied by using the Pseudomonas aeruginosa agar-beads mouse model, while only few reports have focused on the long-term chronic infection in vivo. The main challenge for long term chronic infection remains the low bacterial burden by P. aeruginosa and the low percentage of infected mice weeks after challenge, indicating that bacterial cells are progressively cleared by the host.
This paper presents a method for obtaining efficient long-term chronic infection in mice. This method is based on the embedding of the P. aeruginosa clinical strains in the agar-beads in vitro, followed by intratracheal instillation in C57Bl/6NCrl mice. Bilateral lung infection is associated with several measurable read-outs including weight loss, mortality, chronic infection, and inflammatory response. The P. aeruginosa RP73 clinical strain was preferred over the PAO1 reference laboratory strain since it resulted in a comparatively lower mortality, more severe lesions, and higher chronic infection. P. aeruginosa colonization may persist in the lung for over three months. Murine lung pathology resembles that of CF patients with advanced chronic pulmonary disease.
This murine model most closely mimics the course of the human disease and can be used both for studies on the pathogenesis and for the evaluation of novel therapies.

Long Term Chronic Pseudomonas aeruginosa Airway Infection in Mice

We describe the agar-beads method to establish persistent long-term chronic Pseudomonas aeruginosa airway infection in the mouse model.

Langzeitchronik<em&gt; Pseudomonas aeruginosa</em&gt; Airway-Infektion bei Mäusen

A mouse model of chronic airway infection is a key asset in cystic fibrosis (CF) research, although there are a number of concerns regarding the model ...

Forschung

Immunologie und Infektion

Automated Measurement of Pulmonary Emphysema and Small Airway Remodeling in Cigarette Smoke-exposed Mice

COPD is projected to be the third most common cause of mortality world-wide by 2020(1). Animal models of COPD are used to identify molecules that contribute to the disease process and to test the efficacy of novel therapies for COPD. Researchers use a number of models of COPD employing different species including rodents, guinea-pigs, rabbits, and dogs(2). However, the most widely-used model is that in which mice are exposed to cigarette smoke. Mice are an especially useful species in which to model COPD because their genome can readily be manipulated to generate animals that are either deficient in, or over-express individual proteins. Studies of gene-targeted mice that have been exposed to cigarette smoke have provided valuable information about the contributions of individual molecules to different lung pathologies in COPD(3-5). Most studies have focused on pathways involved in emphysema development which contributes to the airflow obstruction that is characteristic of COPD. However, small airway fibrosis also contributes significantly to airflow obstruction in human COPD patients(6), but much less is known about the pathogenesis of this lesion in smoke-exposed animals. To address this knowledge gap, this protocol quantifies both emphysema development and small airway fibrosis in smoke-exposed mice. This protocol exposes mice to CS using a whole-body exposure technique, then measures respiratory mechanics in the mice, inflates the lungs of mice to a standard pressure, and fixes the lungs in formalin. The researcher then stains the lung sections with either Gill&#8217;s stain to measure the mean alveolar chord length (as a readout of emphysema severity) or Masson&#8217;s trichrome stain to measure deposition of extracellular matrix (ECM) proteins around small airways (as a readout of small airway fibrosis). Studies of the effects of molecular pathways on both of these lung pathologies will lead to a better understanding of the pathogenesis of COPD.

The goal of this protocol is to provide automated methods to quantify chronic lung pathologies in a murine model of COPD. The protocol includes exposing mice to cigarette smoke (CS), measuring pulmonary function, inflating the lungs, and using morphometry methods to measure emphysema and small airway remodeling in mice.

Automatisierte Messung von Lungenemphysem und Klein Airway Remodeling im Zigarettenrauch ausgesetzten Mäuse

COPD is projected to be the third most common cause of mortality world-wide by 2020(1).  Animal models of COPD are used to identify molecules that ...

Medizin

Lung microRNA Profiling Across the Estrous Cycle in Ozone-exposed Mice

MicroRNA (miRNA) profiling has become of interest to researchers working in various research areas of biology and medicine. Current studies show a promising future of using miRNAs in the diagnosis and care of lung diseases. Here, we define a protocol for miRNA profiling to measure the relative abundance of a group of miRNAs predicted to regulate inflammatory genes in the lung tissue from of an ozone-induced airway inflammation mouse model. Because it has been shown that circulating sex hormone levels can affect the regulation of lung innate immunity in females, the purpose of this method is to describe an inflammatory miRNA profiling protocol in female mice, taking into consideration the estrous cycle stage of each animal at the time of ozone exposure. We also address applicable bioinformatics approaches to miRNA discovery and target identification methods using limma, an R/Bioconductor software, and functional analysis software to understand the biological context and pathways associated with differential miRNA expression.

Here we describe a method to assess lung expression of miRNAs that are predicted to regulate inflammatory genes using mice exposed to ozone or filtered air at different stages of the estrous cycle.

Lunge MicroRNA Profiling über the Estrous Zyklus bei Mäusen Ozon ausgesetzt

MicroRNA (miRNA) profiling has become of interest to researchers working in various research areas of biology and medicine. Current studies show a ...

In Vivo Assessment of Alveolar Macrophage Efferocytosis Following Ozone Exposure

Ozone (O3) is a criteria air pollutant that exacerbates and increases the incidence of chronic pulmonary diseases. O3 exposure is known to induce pulmonary inflammation, but little is known regarding how exposure alters processes important to the resolution of inflammation. Efferocytosis is a resolution process, whereby macrophages phagocytize apoptotic cells. The purpose of this protocol is to measure alveolar macrophage efferocytosis following O3-induced lung injury and inflammation. Several methods have been described for measuring efferocytosis; however, most require ex vivo manipulations. Described in detail here is a protocol to measure in vivo alveolar macrophage efferocytosis 24 h after O3 exposure, which avoids ex vivo manipulation of macrophages and serves as a simple technique that can be used to accurately represent perturbations in this resolution process. The protocol is a technically non-intensive and relatively inexpensive method that involves whole-body O3 inhalation followed by oropharyngeal aspiration of apoptotic cells (i.e., Jurkat T cells) while under general anesthesia. Alveolar macrophage efferocytosis is then measured by light microscopy evaluation of macrophages collected from bronchoalveolar (BAL) lavage. Efferocytosis is finally measured by calculating an efferocytic index. Collectively, the outlined methods quantify efferocytic activity in the lung in vivo while also serving to analyze the negative health effects of O3 or other inhaled insults.

This manuscript describes a protocol for determining whether exposure to ozone, a criteria air pollutant, impairs alveolar macrophage efferocytosis in vivo. This protocol utilizes commonly used reagents and techniques and can be adapted to multiple models of pulmonary injury to determine effects on alveolar macrophage efferocytosis.

In Vivo Bewertung der Alveolar Makrophagen-Efferozytose nach Ozon-Exposition

Ozone (O3) is a criteria air pollutant that exacerbates and increases the incidence of chronic pulmonary diseases. O3 exposure is known to induce ...

Evaluation of Respiratory System Mechanics in Mice using the Forced Oscillation Technique

The forced oscillation technique (FOT) is a powerful, integrative and translational tool permitting the experimental assessment of lung function in mice in a comprehensive, detailed, precise and reproducible manner. It provides measurements of respiratory system mechanics through the analysis of pressure and volume signals acquired in reaction to predefined, small amplitude, oscillatory airflow waveforms, which are typically applied at the subject's airway opening. The present protocol details the steps required to adequately execute forced oscillation measurements in mice using a computer-controlled piston ventilator (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada). The description is divided into four parts: preparatory steps, mechanical ventilation, lung function measurements, and data analysis. It also includes details of how to assess airway responsiveness to inhaled methacholine in anesthetized mice, a common application of this technique which also extends to other outcomes and various lung pathologies. Measurements obtained in na&iuml;ve mice as well as from an oxidative-stress driven model of airway damage are presented to illustrate how this tool can contribute to a better characterization and understanding of studied physiological changes or disease models as well as to applications in new research areas.

The present protocol provides a detailed step-by-step description of the procedures required to execute measurements of respiratory system mechanics as well as the assessment of airway responsiveness to inhaled methacholine in mice using the forced oscillation technique (flexiVent; SCIREQ Inc, Montreal, Qc, Canada).

Auswertung der Atemwege Mechanik in Mäuse mit den Forced Oscillation Technique

The  forced oscillation technique (FOT) is a powerful, integrative and translational  tool permitting the experimental assessment of lung function in mice ...

Biologie

Cigarette Smoke Exposure in Mice using a Whole-Body Inhalation System

Close to 14% of adults in the United States were reported to smoke cigarettes in 2018. The effects of cigarette smoke (CS) on lungs and cardiovascular diseases have been widely studied, however, the impact of CS in other tissues and organs such as blood and bone marrow remain incompletely defined. Finding the appropriate system to study the effects of CS in rodents can be prohibitively expensive and require the purchase of commercially available systems. Thus, we set out to build an affordable, reliable, and versatile system to study the pathologic effects of CS in mice. This whole-body inhalation exposure system (WBIS) set-up mimics the breathing and puffing of cigarettes by alternating exposure to CS and clean air. Here we show that this do-it-yourself (DIY) system induces airway inflammation and lung emphysema in mice after 4-months of cigarette smoke exposure. The effects of whole-body inhalation (WBI) of CS on hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) in the bone marrow using this apparatus are also shown.

This protocol demonstrates the study of the pathophysiologic effects of cigarette smoke (CS) with a whole-body inhalation (WBI) exposure system (WBIS) built in-house. This system can expose animals to CS under controlled repeatable conditions for research of CS-mediated effects on lung emphysema and hematopoiesis.

Zigarettenrauchexposition bei Mäusen mit einem Ganzkörper-Inhalationssystem

Close to 14% of adults in the United States were reported to smoke cigarettes in 2018. The effects of cigarette smoke (CS) on lungs and cardiovascular ...

Lung Fixation under Constant Pressure for Evaluation of Emphysema in Mice

Emphysema is a significant feature of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Studies involving an emphysematous mouse model require optimal lung fixation to produce reliable histological specimens of the lung. Due to the nature of the lung&rsquo;s structural composition, which consists largely of air and tissue, there is a risk that it collapses or deflates during the fixation process. Various lung fixation methods exist, each of which has its own advantages and disadvantages. The lung fixation method presented here utilizes constant pressure to enable optimal tissue evaluation for studies using an emphysematous mouse lung model. The main advantage is that it can fix many lungs with the same condition at one time. Lung specimens are obtained from chronic cigarette smoke-exposed mice. Lung fixation is performed using specialized equipment that enables the production of constant pressure. This constant pressure maintains the lung in a reasonably inflated state. Thus, this method generates a histological specimen of the lung that is suitable to evaluate cigarette smoke-induced mild emphysema.

Presented here is a useful protocol for lung fixation that creates a stable condition for histological evaluate of lung specimens from a mouse model of emphysema. The main advantage of this model is that it can fix many lungs with the same constant pressure without lung collapse or deflation.

Lungenfixierung unter konstantem Druck zur Beurteilung von Emphysem bei Mäusen

Emphysema is a significant feature of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Studies involving an emphysematous mouse model require optimal lung ...

Visualizing Lung Cellular Adaptations during Combined Ozone and LPS Induced Murine Acute Lung Injury

Lungs are continually faced with direct and indirect insults in the form of sterile (particles or reactive toxins) and infectious (bacterial, viral or fungal) inflammatory conditions. An overwhelming host response may result in compromised respiration and acute lung injury, which is characterized by lung neutrophil recruitment as a result of the patho-logical host immune, coagulative and tissue remodeling response. Sensitive microscopic methods to visualize and quantify murine lung cellular adaptations, in response to low-dose (0.05 ppm) ozone, a potent environmental pollutant in combination with bacterial lipopolysaccharide, a TLR4 agonist, are crucial in order to understand the host inflammatory and repair mechanisms. We describe a comprehensive fluorescent microscopic analysis of various lung and systemic body compartments, namely the broncho-alveolar lavage fluid, lung vascular perfusate, left lung cryosections, and sternal bone marrow perfusate. We show damage of alveolar macrophages, neutrophils, lung parenchymal tissue, as well as bone marrow cells in correlation with a delayed (up to 36-72 h) immune response that is marked by discrete chemokine gradients in the analyzed compartments. In addition, we present lung extracellular matrix and cellular cytoskeletal interactions (actin, tubulin), mitochondrial and reactive oxygen species, anti-coagulative plasminogen, its anti-angiogenic peptide fragment angiostatin, the mitochondrial ATP synthase complex V subunits, &#945; and &#946;. These surrogate markers, when supplemented with adequate in vitro cell-based assays and in vivo animal imaging techniques such as intravital microscopy, can provide vital information towards understanding the lung response to novel immunomodulatory agents.

Combined ozone and bacterial endotoxin exposed mice show wide-spread cell death, including that of neutrophils. We observed cellular adaptations such as disruption of cytoskeletal lamellipodia, increased cellular expression of complex V ATP synthase subunit &#946; and angiostatin in broncho-alveolar lavage, suppression of the lung immune response and delayed neutrophil recruitment.

Visualisierung von lungenzellulären Anpassungen während kombinierter Ozon- und LPS-induzierter akuter Lungenverletzungen bei Der Maus

Lungs are continually faced with direct and indirect insults in the form of sterile (particles or reactive toxins) and infectious (bacterial, viral or ...

A Silicosis Mouse Model Established by Repeated Inhalation of Crystalline Silica Dust

Silicosis can be caused by exposure to respiratory crystalline silica dust (CSD) in an industrial environment. The pathophysiology, screening, and treatment of silicosis in humans have all been extensively studied using the mouse silicosis model. By repeatedly making mice inhale CSD into their lungs, the mice can mimic the clinical symptoms of human silicosis. This methodology is practical and efficient in terms of time and output and does not cause mechanical injury to the upper respiratory tract due to surgery. Furthermore, this model can successfully mimic acute/chronic transformation process of silicosis. The main procedures were as follows. The sterilized 1-5 &#181;m CSD powder was fully ground, suspended in saline, and dispersed in an ultrasonic water bath for 30 min. Mice under isoflurane-induced anesthesia switched from shallow rapid breathing to deep, slow aspiration for approximately 2 s. The mouse was placed in the palm of a hand, and the thumb tip gently touched the lip edge of the mouse's jaw to straighten the airway. After each exhalation, the mice breathed in the silica suspension drop by drop through one nostril, completing the process within 4-8 s. After the mice's breathing had stabilized, their chest was stroked and caressed to prevent the inhaled CSD from being coughed up. The mice were then returned to the cage. In conclusion, this model can quantify CSD along the typical physiological passage of tiny particles into the lung, from the upper respiratory tract to the terminal bronchioles and alveoli. It can also replicate the recurrent exposure of employees due to work. The model can be performed by one person and does not need expensive equipment. It conveniently and effectively simulates the disease features of human silicosis with high repeatability.

This protocol describes a method for establishing a mouse model of silicosis through repeated exposure to silica suspensions via a nasal drip. This model can efficiently, conveniently, and flexibly mimic the pathological process of human silicosis with high repeatability and economy.

Ein Silikose-Mausmodell, das durch wiederholtes Einatmen von kristallinem Quarzstaub hergestellt wurde

Silicosis can be caused by exposure to respiratory crystalline silica dust (CSD) in an industrial environment. The pathophysiology, screening, and ...

A Mouse Model of Pulmonary Fibrosis Induced by Nasal Bleomycin Nebulization

Pulmonary fibrosis is characteristic of several human lung diseases that arise from various causes. Given that treatment options are fairly limited, mouse models continue to be an important tool for developing new anti-fibrotic strategies. In this study, intrapulmonary administration of bleomycin (BLM) is carried out by nasal nebulization to create a mouse model of pulmonary fibrosis that closely mimics clinical disease characteristics. C57BL/6 mice received BLM (7 U/mL, 30 min/day) by nasal nebulization for 3 consecutive days and were sacrificed on day 9, 16, or 23 to observe inflammatory and fibrotic changes in lung tissue. Nasal aerosolized BLM directly targeted the lungs, resulting in widespread and uniform lung inflammation and fibrosis. Thus, we successfully generated an experimental mouse model of typical human pulmonary fibrosis. This method could easily be used to study the effects of the administration of various nasal aerosols on lung pathophysiology and validate new anti-inflammatory and anti-fibrotic treatments.

<meta charset="utf8"></head><body>Ein Mausmodell der Lungenfibrose, die durch nasale Bleomycin-Vernebelung induziert wird

Various animal models of pulmonary fibrosis have been established using bleomycin to clarify the pathogenesis of pulmonary fibrosis and find new drug targets. However, most pulmonary fibrosis models targeting lung tissue have uneven drug administration. Here, we propose a model of uniform pulmonary fibrosis induced by nasal bleomycin nebulization.

Ein Mausmodell der Lungenfibrose, die durch nasale Bleomycin-Vernebelung induziert wird

Pulmonary fibrosis is characteristic of several human lung diseases that arise from various causes. Given that treatment options are fairly limited, mouse ...