This work was supported by NIH HL-10342

הערה: כל פרוטוקולי בעלי החיים אושרו על ידי ועדת אוניברסיטת הטיפול בבעלי חיים והשימוש בג&#39;ונס הופקינס. 1. הכנת בעלי החיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן עכברי 6 C57BL / 6 שליטה למדידת DFCO, על ידי הרדמתם עם קטמין וxylazine כפי שמתוארת בשלב 2.3 להלן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את כל עכברים האחרים עם פתולוגיות ריאות השונות מוצגות בטבלה 1 על ידי שימוש באותו הליך כלבקרה. פרטים ספציפיים הנחוצים להקמה כל אחד ממודלים אלה נמצאים באזכור הרלוונטי. עכברי בקרה ואלה בקבוצות פתולוגיים האחרות הם כל 6-12 השבועות של גיל. </li></ol> 2. מדידה של פקטור Diffusion לפחמן חד חמצני (DFCO) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיר את מודול כרומטוגרף גז המסופק עם המכשיר למדידת פסגות לחנקן, חמצן, ניאון, ופחמן חד חמצני. לשימוש ביישום זה רק את נתוני הניאון וCO. הערה: מכשיר זה משתמש בs מולקולריתטור ieve עם הליום כגז מוביל, עם 12.00 מיקרומטר סרט, מזהה מיקרומטר 320.00 ו -10 מ &#39;אורך. יש עמודת כרומטוגרף נפח של 0.8 מיליליטר, אבל השתמשנו 2 מיליליטר כדי להבטיח סליקה נאותה של צינורות חיבור עם המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתחילתו של כל יום ניסיוני, לפני ביצוע מדידות של דגימות מהעכברים, לקחת דגימת 2 מיליליטר ישירות משקית תערובת גז המכילה כ -0.5% Ne, CO 0.5%, ולאזן אוויר, ולהשתמש במדגם זה לכייל גז כרומטוגרף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרדימי עכברים עם קטמין (90 מ&quot;ג / קילוגרם) ו xylazine (15 מ&quot;ג / קילוגרם), ולאשר הרדמה על ידי היעדר תנועת רפלקס. החל משחה טרינריים המשפיעה על העיניים כדי למנוע יובש. Tracheostomize עכברים עם צינורית מחט בדל (18 G במבוגרים או 20 G בעכברים צעירים מאוד). הערה: DFCO הושלם בתוך פחות מ -10 דקות לאחר הרדמה ולפני כל הנשמה מלאכותית או הליכים אחרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעכברים יותר מ -6 שבועות של גיל, השתמש t מזרק 3 מיליליטרo לסגת 0.8 מיליליטר של גז משקית תערובת גז. חבר את המזרק לצינורית לקנה הנשימה ולנפח את הריאות במהירות. שימוש במטרונום, לספור 9 שניות, ולאחר מכן במהירות למשוך את 0.8 מיליליטר (אוויר ננשף). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל 0.8 מיליליטר למשיכה זו נשף אוויר עד 2 מיליליטר עם אוויר חדר, לאפשר לו לנוח לפחות 15 שניות. אז להזריק את כל המדגם לגז כרומטוגרף לניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוך ניתוח מדגם DFCO הראשון, לנפח את ריאות עכבר עם 0.8 מיליליטר שני משקית תערובת גז, ולאחר מכן לעבד מדגם זה זהה למדגם הראשון. ממוצע שתי מדידות DFCO. הערה: למדידות בעכברים צעירים כמו 2 שבועות של גיל, השתמש בהיקף של 0.4 מיליליטר, מאז 0.8 מיליליטר גדול מדי נפח לבצע מדידות בריאות של עכברים צעירים מאוד. עדיף להשתמש בנפח 0.8 מיליליטר לעכברים מבוגרים מ -6 שבועות, ושאם יש צורך בנפח 0.4 מ&quot;ל לכמה עכברים, יש להשתמש בו באופן עקבי לכל העכברים בקבוצה הנחקרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב DFCOכ1 - (CO 9 / CO ג) / (Ne 9 ג / Ne), שבו subscripts ג ו9 מתייחס לריכוזים של גזי הכיול המוזרקים והגזים הוסרו לאחר זמן לעצור את נשימת 9 שניות, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח ולהשוות הבדלים עם ANOVA חד-כיווני ולהעריך את הרמה מובהקת עם התיקון של Tukey להשוואות מרובות בכל עכברי העוקבה. שקול p &lt;0.05 ערך משמעותי כ. הערה: כל העכברים משמשים כאן היה חלק ממחקרי ניסויים מעורבים מספר מדידות עוקבות של אוורור ריאות, מכניקה, שטיפת ריאות, או היסטולוגיה, אשר אינן מדווחות כאן. בנוסף, מאז השיטה היא זהה בכל הדגמים הניסיוניים כפי שנעשה לעיל בעכברי השליטה, רק התוצאות מדגמי פתולוגיים השונים מוצגות. מידע נוסף על דגמים אלה מוצג בטבלה משלימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים בעלי החיים על ידי anesthe העמוקמנת יתר של טיקים ואחריו נקע או עריפת ראש צוואר רחם. במידת צורך, להסיר את תאי ריאה ו / או רקמות מהעכברים המתים עבור ביולוגי נוספים או עיבוד היסטולוגית וניתוח. </li></ol>

<ol>
	<li>Ogilvie, C. M., Forster, R. E., Blakemore, W. S., Morton, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standardized+breath+holding+technique+for+the+clinical+measurement+of+the+diffusing+capacity+of+the+lung+for+carbon+monoxide.">A standardized breath holding technique for the clinical measurement of the diffusing capacity of the lung for carbon monoxide.</a> J Clin Invest. 36 (1 Pt 1), 1-17 (1957).</li><li>Miller, A., Warshaw, R., Nezamis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusing+capacity+and+forced+vital+capacity+in+5,003+asbestos-exposed+workers:+Relationships+to+interstitial+fibrosis+(ILO+profusion+score)+and+pleural+thickening.">Diffusing capacity and forced vital capacity in 5,003 asbestos-exposed workers: Relationships to interstitial fibrosis (ILO profusion score) and pleural thickening.</a> Am J Ind Med. 56 (12), 1383-1393 (2013).</li><li>Enelow, R. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+functional+consequences+of+alveolar+cell+recognition+by+CD8(+)+T+lymphocytes+in+experimental+lung+disease.">Structural and functional consequences of alveolar cell recognition by CD8(+) T lymphocytes in experimental lung disease.</a> J Clin Invest. 102 (9), 1653-1661 (1998).</li><li>Hartsfield, C. L., Lipke, D., Lai, Y. L., Cohen, D. A., Gillespie, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+mechanical+and+immunologic+dysfunction+in+a+murine+model+of+AIDS.">Pulmonary mechanical and immunologic dysfunction in a murine model of AIDS.</a> Am J Physiol. 272 (4 Pt 1), 699-706 (1997).</li><li>Wegner, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intercellular+adhesion+molecule-1+contributes+to+pulmonary+oxygen+toxicity+in+mice:+role+of+leukocytes+revised.">Intercellular adhesion molecule-1 contributes to pulmonary oxygen toxicity in mice: role of leukocytes revised.</a> Lung. 170 (5), 267-279 (1992).</li><li>Reinhard, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inbred+strain+variation+in+lung+function.">Inbred strain variation in lung function.</a> Mamm Genome. 13 (8), 429-437 (2002).</li><li>Sabo, J. P., Kimmel, E. C., Diamond, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+the+Clara+cell+toxin,+4-ipomeanol,+on+pulmonary+function+in+rats.">Effects of the Clara cell toxin, 4-ipomeanol, on pulmonary function in rats.</a> J Appl Physiol. 54 (2), 337-344 (1983).</li><li>Depledge, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiration+and+lung+function+in+the+mouse,+Mus+musculus+(with+a+note+on+mass+exponents+and+respiratory+variables).">Respiration and lung function in the mouse, Mus musculus (with a note on mass exponents and respiratory variables).</a> Respir Physiol. 60 (1), 83-94 (1985).</li><li>Depledge, M. H., Collis, C. H., Barrett, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+technique+for+measuring+carbon+monoxide+uptake+in+mice.">A technique for measuring carbon monoxide uptake in mice.</a> Int J Radiat Oncol Biol Phys. 7 (4), 485-489 (1981).</li><li>Fallica, J., Das, S., Horton, M. R., Mitzner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+Carbon+Monoxide+Diffusing+Capacity+in+the+Mouse+Lung.">Application of Carbon Monoxide Diffusing Capacity in the Mouse Lung.</a> J Appl Physiol. 110 (5), 1455-1459 (2011).</li><li>Chaudhary, N., Datta, K., Askin, F. B., Staab, J. F., Marr, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cystic+fibrosis+transmembrane+conductance+regulator+regulates+epithelial+cell+response+to+Aspergillus+and+resultant+pulmonary+inflammation.">Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator regulates epithelial cell response to Aspergillus and resultant pulmonary inflammation.</a> Am J Respir Crit Care Med. 185 (3), 301-310 (2012).</li><li>Foster, W. M., Walters, D. M., Longphre, M., Macri, K., Miller, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methodology+for+the+measurement+of+mucociliary+function+in+the+mouse+by+scintigraphy.">Methodology for the measurement of mucociliary function in the mouse by scintigraphy.</a> J Appl Physiol. 90 (3), 1111-1117 (2001).</li><li>Yildirim, A. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Palifermin+induces+alveolar+maintenance+programs+in+emphysematous+mice.">Palifermin induces alveolar maintenance programs in emphysematous mice.</a> Am J Respir Crit Care Med. 181 (7), 705-717 (2010).</li><li>Collins, S. L., Chan-Li, Y., Hallowell, R. W., Powell, J. D., Horton, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+vaccination+as+a+novel+treatment+for+lung+fibrosis.">Pulmonary vaccination as a novel treatment for lung fibrosis.</a> PLoS One. 7 (2), e31299 (2012).</li><li>Alessio, F. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CD4+CD25+Foxp3++Tregs+resolve+experimental+lung+injury+in+mice+and+are+present+in+humans+with+acute+lung+injury.">CD4+CD25+Foxp3+ Tregs resolve experimental lung injury in mice and are present in humans with acute lung injury.</a> J Clin Invest. 119 (10), 2898-2913 (2009).</li><li>Martinez, F. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+course+of+patients+with+idiopathic+pulmonary+fibrosis.">The clinical course of patients with idiopathic pulmonary fibrosis.</a> Ann Intern Med. 142 (12 Pt 1), 963-967 (2005).</li><li>Zhou, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correction+of+lethal+intestinal+defect+in+a+mouse+model+of+cystic+fibrosis+by+human+CFTR.">Correction of lethal intestinal defect in a mouse model of cystic fibrosis by human CFTR.</a> Science. 266 (5191), 1705-1708 (1994).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים, ומה למסור.

בעבודה הנוכחית, שהגדרנו מדד חדש לכמת את יכולת גז החלפה של ריאות העכבר. מדד זה מקביל ליכולת לשדר, מדידה קלינית נפוצה המודדת את התפקיד העיקרי של הריאות, כלומר, יכולתו להחליף גז. היכולת לשדר היא מדידת הריאות רק פונקציונלית, כי יכול לעשות זאת בקלות ובמהירות בשני עכברים ובנ...

העכבר הוא עכשיו בעלי החיים העיקריים המשמשים למודל מגוון של מחלות ריאה. כדי לחקור את המנגנונים שנמצאים בבסיס פתולוגיות כגון, יש צורך בשיטות פנוטיפי שיכול לכמת את זה שינויים פתולוגיים. למרות שיש מחקרים רבים שבם עכבר מכניקת אוורור נמדדות, מדידות אלה הן בדרך כלל אינן קשורות להערכות סטנדרטי של תפקוד הריאתי נעשו בדרך כלל בבני אדם. זה מצער, שכן היכולת לבצע מדידות מקבילות בעכברים ובני אדם עשוי להקל על התרגום של תוצאות במודלים של עכברים למחלות בבני אדם. אחת המדידות הנפוצות ביותר ונעשו בקלות בבני אדם הוא היכולת לשדר לפחמן חד חמצני (DLCO) 1,2, אך מדידה זו כמעט ולא נעשתה רק במודלים של עכברים. באותם מחקרים שבם זה כבר דווח 3-7, לא חלו מחקרי מעקב, בין שאר משום שהנהלים הם לעתים קרובות מסורבלים או עשוי require ציוד מורכב. גישה נוספת היא להשתמש בשיטה CO rebreathing במערכת במצב יציבה, שבו יש את היתרון של להיות מסוגל למדוד דיפוזיה CO בעכברים מודעים. עם זאת שיטה זו היא מסורבלת מאוד, ותוצאות יכולות להשתנות עם רמת האוורור של העכבר כמו גם O 2 ו- CO 2 ריכוזים 8,9. קשיים אלה נראים שמנעו שימוש שיגרתי בלשדר יכולת לזהות פתולוגיות ריאות בעכברים, למרות כמה יתרונות משלה. כדי לעקוף בעיות עם מדידה של קיבולת לשדר בעכברים, פרטים של אמצעים פשוטים למדוד את זה בעכברים כבר דיווח לאחרונה 10. ההליך מבטל את הבעיה הקשה של דגימת גז alveolar שאינו נגוע בדגימת נפח שווה לגז ההשראה כל מהירות. תוצאות הליך זה במדידה מאוד לשחזור, כינו את גורם דיפוזיה לפחמן חד חמצני (DFCO), כי הוא רגיש למארח של הרשות הפלסטיניתשינויי thologic בפנוטיפ הריאות. DFCO מחושב כך כ1 - (CO 9 / CO ג) / (Ne 9 / Ne ג), שבו ג ו9 התחתיים מתייחסים לריכוזים של גזי הכיול המוזרקים והגזים הוסרו לאחר זמן לעצור את נשימת 9 שניות, בהתאמה. DFCO הוא משתנה ממדים, אשר משתנה בין 0 ל -1, כאשר 1 משקף ספיגה של כל CO מלא, ומשקפים 0 אין ספיגה של CO. במצגת זו אנו מראים כיצד לבצע מדידת קיבולת לשדר זה, וכיצד ניתן להשתמש בו כדי לתעד שינויים כמעט בכל האחד מהמודלים הקיימים ריאות עכבר המחלה, כולל אמפיזמה, ציסטיק, פציעת ריאות חריפה, וזיהומים נגיפיים ופטריות.

<table><tbody><tr><td>Gas Chromatograph</td><td>Inficon</td><td>Micro GC Model 3000A</td><td>Agilent makes a comparable model</td></tr><tr><td>18 G Luer stub needle</td><td>Becton Dickenson</td><td></td><td>Several other possible vendors</td></tr><tr><td>3 ml plastic syringe</td><td>Becton Dickenson</td><td></td><td>Several other possible vendors</td></tr><tr><td>Polypropylene gas sample bags</td><td>SKC</td><td>1 or 2 L capacity works well</td><td>Other gas tight bags will work well</td></tr><tr><td>Gas tank, 0.3% Ne, 0.3% CO, balance air; (size ME)</td><td>Airgas, Inc</td><td>Z04 NI785ME3012</td><td>This is the standard mixture used for DLCO in humans</td></tr><tr><td>25 TCID50/mouse of influenza virus A/PR8 diluted in phosphate buffered saline.</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Porcine pancreatic elastase</td><td>Elastin Products, Owensville, MO</td><td></td><td>5.4 U</td></tr><tr><td>Bleomycin</td><td>APP Pharmaceuticals, Schaumburg, IL</td><td></td><td>0.25 U</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Escherichia coli&lt;/em&gt; LPS</td><td>Sigma L2880</td><td></td><td>3 &amp;mu;g/g body weight; O55:B5</td></tr><tr><td>&lt;i&gt;Aspergillus fumigatus &lt;/i&gt; (isolate Af293) conidia were collected from mature colonies grown on potato dextrose agar.</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

phenotyping mouse pulmonary function in vivo with the lung diffusing capacity

העכבר הוא עכשיו בעלי החיים העיקריים המשמשים למודל מגוון של מחלות ריאה. כדי לחקור את המנגנונים העומדים בבסיס פתולוגיות כגון, יש צורך בשיטות פנוטיפי שיכול לכמת את השינויים פתולוגיים. יתר על כן, על מנת לספק את הרלוונטיות translational למודלים של העכברים, מדידות מסוג זה צריכה להיות בדיקות שיכולים להיעשות בקלות בבני האדם ועכברים. למרבה הצער, בספרות בהווה יש לי כמה מדידות פנוטיפי של תפקוד ריאות יישום ישיר לבני אדם. חריג היחיד הוא היכולת לשדר לפחמן חד חמצני, שהוא מדידה שנעשית באופן שיגרתי בבני אדם. בדו&quot;ח הנוכחי, אנו מתארים אמצעים למדידת יכולת לשדר את זה בעכברים במהירות ובפשטות. ההליך כרוך אינפלציה קצרה ריאות עם גזים נותב בעכבר הרדים, ואחרי זמן ניתוח גז 1 דקות. בדקנו את היכולת של שיטה זו כדי לזהות כמה פתולוגיות ריאה, כולל אמפיזמה, סיסטיק, פציעת ריאות חריפה, ושפעת וזיהומים פטרייתיים ריאות, כמו גם התבגרות ריאה ניטור בגורים צעירים. תוצאות מראות ירידה משמעותית בכל פתולוגיות הריאות, כמו גם עלייה ביכולת לשדר עם התבגרות ריאה. מדידה זו של קיבולת לשדר ריאות ובכך מספקת בדיקת תפקוד ריאתי שיש לו בקשה רחבה עם היכולת שלה לזהות שינויים מבניים פנוטיפי עם רוב דגמי ריאות פתולוגיים הקיימים.

איור 1 מציג את מדידות DFCO מהעכברים הבוגרים בקבוצות A, B, C, D, E, ופ היו ירידה משמעותית בשני זיהומי אספרגילוס ושפעת, כמו גם לירידה משמעותית בfibrotic, emphysematous, ואקוטי מודלים פציעת ריאות. איור 2 מראה את השינויים בקבוצה G התפתחותיים בDFCO לאורך זמן כמו עכברים מגיל 2-6...

Watch this Scientific Journal Video about Phenotyping Mouse Pulmonary Function In Vivo with the Lung Diffusing Capacity at JoVE.com

Phenotyping Mouse Pulmonary Function In Vivo with the Lung Diffusing Capacity

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.

פונקצית phenotyping עכבר ריאתי<em&gt; In vivo</em&gt; עם קיבולת הריאות לשדר

The mouse is now the primary animal used to model a variety of lung diseases. To study the mechanisms that underlie such pathologies, phenotypic methods ...

phenotyping-mouse-pulmonary-function-vivo-with-lung-diffusing

Research

JoVE Journal

Biology

Phenotyping Mouse Pulmonary Function In Vivo with the Lung Diffusing Capacity

10.6K Views.  Johns Hopkins University Bloomberg School of Public Health. 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.

Video: Phenotyping Mouse Pulmonary Function In Vivo with the Lung Diffusing Capacity

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.

מדידה אוטומטית של הריאות נפחתו וקטן Airway Remodeling בעכברים שנחשפו לעשן סיגריות

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 ...

Medicine

Measurement of the Pressure-volume Curve in Mouse Lungs

In recent decades the mouse has become the primary animal model of a variety of lung diseases. In models of emphysema or fibrosis, the essential phenotypic changes are best assessed by measurement of the changes in lung elasticity. To best understand specific mechanisms underlying such pathologies in mice, it is essential to make functional measurements that can reflect the developing pathology. Although there are many ways to measure elasticity, the classical method is that of the total lung pressure-volume (PV) curve done over the whole range of lung volumes. This measurement has been made on adult lungs from nearly all mammalian species dating back almost 100 years, and such PV curves also played a major role in the discovery and understanding of the function of pulmonary surfactant in fetal lung development. Unfortunately, such total PV curves have not been widely reported in the mouse, despite the fact that they can provide useful information on the macroscopic effects of structural changes in the lung. Although partial PV curves measuring just the changes in lung volume are sometimes reported, without a measure of absolute volume, the nonlinear nature of the total PV curve makes these partial ones very difficult to interpret. In the present study, we describe a standardized way to measure the total PV curve. We have then tested the ability of these curves to detect changes in mouse lung structure in two common lung pathologies, emphysema and fibrosis. Results showed significant changes in several variables consistent with expected structural changes with these pathologies. This measurement of the lung PV curve in mice thus provides a straightforward means to monitor the progression of the pathophysiologic changes over time and the potential effect of therapeutic procedures.

Here we present a protocol to simply and reliably measure the lung pressure-volume curve in mice, showing that it is sufficiently sensitive to detect phenotypic parenchymal changes in two common lung pathologies, pulmonary fibrosis and emphysema. This metric provides a means to quantify the lung&#8217;s structural changes with developing pathology.

מדידה של עקומת לחץ-נפח ריאות עכבר

In recent decades the mouse has become the primary animal model of a variety of lung diseases. In models of emphysema or fibrosis, the essential ...

Intraperitoneal Glucose Tolerance Test, Measurement of Lung Function, and Fixation of the Lung to Study the Impact of Obesity and Impaired Metabolism on Pulmonary Outcomes

Obesity and respiratory disorders are major health problems. Obesity is becoming an emerging epidemic with an expected number of over 1 billion obese individuals worldwide by 2030, thus representing a growing socioeconomic burden. Simultaneously, obesity-related comorbidities, including diabetes as well as heart and chronic lung diseases, are continuously on the rise. Although obesity has been associated with increased risk for asthma exacerbations, worsening of respiratory symptoms, and poor control, the functional role of obesity and perturbed metabolism in the pathogenesis of chronic lung disease is often underestimated, and underlying molecular mechanisms remain elusive. This article aims to present methods to assess the effect of obesity on metabolism, as well as lung structure and function. Here, we describe three techniques for mice studies: (1) assessment of intraperitoneal glucose tolerance (ipGTT) to analyze the effect of obesity on glucose metabolism; (2) measurement of airway resistance (Res) and respiratory system compliance (Cdyn) to analyze the effect of obesity on lung function; and (3) preparation and fixation of the lung for subsequent quantitative histological assessment. Obesity-related lung diseases are probably multifactorial, stemming from systemic inflammatory and metabolic dysregulation that potentially adversely influence lung function and the response to therapy. Therefore, a standardized methodology to study molecular mechanisms and the effect of novel treatments is essential.

The incidence of obesity is rising and increases the risk of chronic lung diseases. To establish the underlying mechanisms and preventive strategies, well-defined animal models are needed. Here, we provide three methods (glucose-tolerance-test, body plethysmography, and lung fixation) to study the effect of obesity on pulmonary outcomes in mice.

בדיקת עמידות הגלוקוז בקרום הבטן, מדידה של תפקודי ריאה של קיבעון של הריאה לחקור את ההשפעה של השמנת יתר, חילוף חומרים לקוי על תוצאות ריאתי

Obesity and respiratory disorders are major health problems. Obesity is becoming an emerging epidemic with an expected number of over 1 billion obese ...

Immunology and Infection

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

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by persistent airflow limitation and lung parenchymal destruction. It has a very high incidence in aging populations. The current conventional therapies for COPD focus mainly on symptom-modifying drugs; thus, the development of new therapies is urgently needed. Qualified animal models of COPD could help to characterize the underlying mechanisms and can be used for new drug screening. Current COPD models, such as lipopolysaccharide (LPS) or the porcine pancreatic elastase (PPE)-induced emphysema model, generate COPD-like lesions in the lungs and airways but do not otherwise resemble the pathogenesis of human COPD. A cigarette smoke (CS)-induced model remains one of the most popular because it not only simulates COPD-like lesions in the respiratory system, but it is also based on one of the main hazardous materials that causes COPD in humans. However, the time-consuming and labor-intensive aspects of the CS-induced model dramatically limit its application in new drug screening. In this study, we successfully generated a new COPD model by exposing mice to high levels of ozone. This model demonstrated the following: 1) decreased forced expiratory volume 25, 50, and 75/forced vital capacity (FEV25/FVC, FEV50/FVC, and FEV75/FVC), indicating the deterioration of lung function; 2) enlarged lung alveoli, with lung parenchymal destruction; 3) reduced fatigue time and distance; and 4) increased inflammation. Taken together, these data demonstrate that the ozone exposure (OE) model is a reliable animal model that is similar to humans because ozone overexposure is one of the etiological factors of COPD. Additionally, it only took 6 - 8 weeks, based on our previous work, to create an OE model, whereas it requires 3 - 12 months to induce the cigarette smoke model, indicating that the OE model might be a good choice for COPD research.

This study describes the successful generation of a new chronic obstructive pulmonary disease (COPD) animal model by repeatedly exposing mice to high concentrations of ozone.

דור של מחלת ריאות חסימתית כרונית מודל בעכברים על ידי חשיפה חוזרת ונשנית האוזון

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

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).

הערכה של מכניקת מערכת נשימה בעכברים באמצעות טכניקת תנודה בכפייה

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

Assessment of Respiratory Function in Conscious Mice by Double-chamber Plethysmography

Air volume changes created by a conscious subject breathing spontaneously within a body box are at the basis of plethysmography, a technique used to non-invasively assess some features of the respiratory function in humans as well as in laboratory animals. The present article focuses on the application of the double-chamber plethysmography (DCP) in small animals. It provides background information on the methodology as well as a detailed step-by-step procedure to successfully assess respiratory function in conscious, spontaneously breathing animals in a non-invasive manner. The DCP can be used to monitor the respiratory function of multiple animals in parallel, as well as to identify changes induced by aerosolized substances over a chosen time period and in a repeated manner. Experiments on control and allergic mice are used herein to demonstrate the utility of the technique, explain the associated outcome parameters, as well as to discuss the related advantages and shortcomings. Overall, the DCP provides valid and theoretically sound readouts that can be trusted to evaluate the respiratory function of conscious small animals both at baseline and after challenges with aerosolized substances.

The objective of the present article is to provide a detailed description of the recommended procedures to evaluate respiratory function in conscious mice by double-chamber plethysmography.

הערכה של תפקוד מערכת הנשימה בעכברים בהכרה על ידי כפול-תא Plethysmography

Air volume changes created by a conscious subject breathing spontaneously within a body box are at the basis of plethysmography, a technique used to ...

Hyperpolarized 129Xe Lung MRI and Spectroscopy in Mechanically Ventilated Mice

Hyperpolarized (HP) xenon-129 (129Xe) is an inhaled magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent with unique spectral and physical properties that can be exploited to quantify pulmonary physiology, including ventilation, restricted diffusion (alveolar-airspace size), and gas exchange. In humans, it has been used to evaluate disease severity and progression in a variety of pulmonary disorders and is approved for clinical use in the United States and United Kingdom. Beyond its clinical applications, the ability of 129Xe MRI to noninvasively assess pulmonary pathophysiology and provide spatially resolved information is valuable for preclinical research. Among animal models, mice are the most widely used due to the accessibility of genetically modified disease models. Here, 129Xe MRI is promising as a minimally invasive, radiation-free, and sensitive technique to longitudinally monitor lung disease progression and therapy response (e.g., in drug discovery). This technique can extend to preclinical applications by incorporating an MRI-triggered, free-breathing apparatus or mechanical ventilator to deliver gas. Here, we describe the steps and provide checklists to ensure robust data collection and analysis, including creating a thermally polarized xenon gas phantom for quality control, optimizing polarization, animal handling (sedation, intubation, ventilation, and care for mice), and protocols for ventilation, restricted diffusion, and gas exchange data. While preclinical 129Xe MRI can be applied in various animal models (e.g., rats, pigs, sheep), this protocol focuses on mice due to the challenges posed by their small anatomy, which are balanced by their affordability and the availability of many disease models.

Hyperpolarized xenon MRI can quantify regional lung microstructure (air-space dimensions) and physiology (ventilation and gas exchange) in translational research and clinical care. Although challenging, it can provide comparable pulmonary insights in preclinical studies. This protocol describes the infrastructure and procedures needed to perform routine xenon lung MRI in mice.

MRI ריאות היפרפולריזציה 129Xe וספקטרוסקופיה בעכברים מאווררים מכנית

Hyperpolarized (HP) xenon-129 (129Xe) is an inhaled magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent with unique spectral and physical properties that can ...

Bioengineering

Measuring Respiratory Function in Mice Using Unrestrained Whole-body Plethysmography

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative assessment of lung function in rodent models is an important tool in the development of future therapies. Commonly used techniques for assessing respiratory function including invasive plethysmography and forced oscillation. While these techniques provide valuable information, data collection can be fraught with artefacts and experimental variability due to the need for anesthesia and/or invasive instrumentation of the animal. In contrast, unrestrained whole-body plethysmography (UWBP) offers a precise, non-invasive, quantitative way by which to analyze respiratory parameters. This technique avoids the use of anesthesia and restraints, which is common to traditional plethysmography techniques. This video will demonstrate the UWBP procedure including the equipment set up, calibration and lung function recording. It will explain how to analyze the collected data, as well as identify experimental outliers and artefacts that results from animal movement. The respiratory parameters obtained using this technique include tidal volume, minute volume, inspiratory duty cycle, inspiratory flow rate and the ratio of inspiration time to expiration time. UWBP does not rely on specialized skills and is inexpensive to perform. A key feature of UWBP, and most appealing to potential users, is the ability to perform repeated measures of lung function on the same animal.

The assessment of respiratory physiology has traditionally relied upon techniques, which require restraint or sedation of the animal. Unrestrained whole-body plethysmography, however, provides precise, non-invasive, quantitative analysis of respiratory physiology in animal models. In addition, the technique allows repeated respiratory assessment of mice allowing for longitudinal studies.

מדידת תפקודי נשימה בעכברים באמצעות Plethysmography של כל הגוף ללא ריסון

Respiratory dysfunction is one of the leading causes of morbidity and mortality in the world and the rates of mortality continue to rise. Quantitative ...

In vivo Evaluation of Mucociliary Clearance in Mice

Respiratory motile cilia, specialized organelles of the cell, line the apical surface of epithelial cells lining the respiratory tract. By beating in a metachronal, synchronal fashion, these multiple, motile, actin-based organelles generate a cephalad fluid flow clearing the respiratory tract of inhaled pollutants and pathogens. With increasing environmental pollution, novel viral pathogens and emerging multi-drug resistant bacteria, cilia generated mucociliary clearance (MCC) is essential for maintaining lung health. MCC is also depressed in multiple congenital disorders like primary ciliary dyskinesia, cystic fibrosis as well as acquired disorders like chronic obstructive pulmonary disease. All these disorders have established, in some case multiple, mouse models. In this publication, we detail a method using a small amount of radioactivity and dual-modality SPECT/CT imaging to accurately and reproducibly measure MCC in mice in vivo. The method allows for recovery of mice after imaging, making serial measurements possible, and testing potential therapeutics longitudinally over time. The data in wild-type mice demonstrates the reproducibility of the MCC measurement as long as adequate attention to detail is paid, and the protocol strictly adhered to.

In this publication, we describe protocols for assessing airway mucociliary clearance (MCC) in mice in vivo utilizing dual-modality radionuclide imaging. This protocol is designed for a single photon emission computed tomography (SPECT) and computed tomography (CT) acquisition protocol using mouse whole body (MWB) collimators in a dual SPECT/CT system.

In vivo הערכה של אישור Mucociliary בעכברים

Respiratory motile cilia, specialized organelles of the cell, line the apical surface of epithelial cells lining the respiratory tract. By beating in a ...

Evaluation of Lung Function in an Ex vivo Murine Model

Respiratory mechanics are a key area of study in defining and treating lung pathologies by assessing functional lung capacity. Lung mechanics can be evaluated through various lung maneuvers that involve different oscillatory waveforms. When applied to the lungs, these maneuvers measure multiple variables, such as pressure, volume, and flow, based on the response to the waveforms. These signals are then computed and analyzed to determine parameters such as hysterisivity, resistance, compliance, tissue damping, and tissue elastance, providing a detailed assessment of overall lung function. The analysis of respiratory mechanics is particularly important in evaluating donor lungs for lung transplantation. The present protocol is the first of its kind, offering a comprehensive and reproducible stepwise method for assessing respiratory mechanics using an ex vivo murine model. It includes details on the selected animal model, lung recovery, storage and preservation, and experimentation using a forced oscillation technique-based system. Additionally, it outlines data analysis, clinical significance, and the applications of the forced oscillation technique in studying an ex vivo model.

The present protocol describes a stepwise method for analyzing the respiratory mechanics of an ex vivo murine model using the forced oscillation technique (FOT).

הערכת תפקוד הריאות במודל עכברי ex vivo

Respiratory mechanics are a key area of study in defining and treating lung pathologies by assessing functional lung capacity. Lung mechanics can be ...

פונקצית phenotyping עכבר ריאתי

Summary

Explore More Videos