The authors would like to thank Dr. Anthony Suffredini (Critical Care Medicine Department, National Institutes for Health Clinical Center, Bethesda, USA) for his careful review of the manuscript and many thoughtful suggestions. We would also like to thank the National Institutes of Health for making freely available the Clinical Center Reference Endotoxin employed within this study.
JNF and DWG are funded by the Wellcome Trust, which supported the generation of the described data and the publication of this article.

ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンREC（UK）は、代表的な結果セクション（参考5060/001）に示すデータを生成した研究を承認しました。 倫理的承認： 静脈内毒素チャレンジを用いた研究の大部分は健康な被験者で行われています。この研究は全く健康上の利益を有していないように、研究目標の重要性は、任意の固有のリスクを明確に上回る必要があります。新規薬剤は、炎症を修飾するために使用され、それは、エンドトキシン（ 例えば、発熱、血圧の変化、症状）に対する宿主応答を誇張する可能性があるとの相互作用を考慮すると、これは適切です。 IVエンドトキシンを使用する任意の研究の開始に先立って、承認が求められ、適切な研究倫理委員会（REC）/治験審査委員会（IRB）から取得する必要があります。 IVのエンドトキシン投与は重要なメカを獲得するために40年以上にわたって使用されています私たちの、または他の著者の、知識19に重篤なまたは永続的な悪影響とヒト生物学にnistic洞察。死亡率および罹患率の主要な原因である複数の炎症状態に関連する重要な情報を得るためのモデルの可能性を考えると、我々はエンドトキシンに健康なボランティアと定義された人口統計学や臨床グループを露出するように倫理的に許容可能であると信じて、提供された適切なリスク最小化戦略が整備されています。これは、新しいエージェントを採用し、エンドトキシン誘発性炎症との相互作用場合は特に、調査の安全な実施を確保するために、有資格の専門家や、またはパイロット研究によって独立した外部の審査が必要な場合があります。 準備 1.参加者の人口統計学的および臨床的特徴を判断します 注：&lt;30歳IVエンドトキシンチャレンジリクルート健康な若い男性ボランティアを採用した大多数の研究。スタッドIESは、さらに、実験の質問に応じて健康な女性23、古いボランティア24,25と患者のサブグループ26に行われています。高齢者の参加者は（ すなわち 、年齢を超える60歳）が大きく、より持続的な応答（高い発熱、血圧のより大きな減少）を有していてもよく、任意の合併条件や薬とのエンドトキシン誘発性炎症の相互作用を考慮しなければなりませんこれらの研究のデザイン。参加者の選択におけるさらなる考慮事項について議論を参照してください。 2.リクルート参加<ol><li>必要に応じて適切な広告を配置します。 注：参加者の時間と不便のための金融補償が一般的に提供されています。これは、従来の募集に設立され、REC / IRBの承認を得なければなりません。 </li><li> / IRBは、研究の本質を説明するの概要を参加者情報リーフレット（PIL）を承認したRECを発行プロトコル、予想される副作用、および包含基準を満たす回答者にIV内毒素に関連するリスク。 注：これは、参加するためになされるべき情報に基づいた意思決定を可能にするために同意の前に、任意の質問や懸念のために発行されるべきでは研究者によって対処されます。 </li></ol> 3.正式なインフォームド・コンセントを得ます<ol><li>前健康診断を含め、いかなる研究関連の手続きに着手するすべての参加者から書面による同意を得ます。 </li><li>参加者の保持とPIL内の情報の理解の口頭確認を求めます。 </li><li> IVの内毒素投与の副作用について話し合います。 注：高用量で（2から4 ngの/キログラム）これらは厳しさ（悪寒）、頭痛、羞明、筋肉痛、関節痛、悪心、まれに嘔吐が含まれます。 8時間 - 6によってベースラインに、その後寛解、2時間後、注射 - ピーク症状の強さは、約1を発生します。重篤または持続有害EFFEありませんこれらの用量ではエンドトキシンへの二次CTSが報告されています。まれに、ボランティアが応答の最中に容認できない症状の程度を見つけることができません。症状は、口またはIVでパラセタモール/アセトアミノフェンまたは非ステロイド剤の投与で改善することができる（ 例えば 、アスピリン、イブプロフェン）。このような薬剤は、炎症反応を変化させてもよいし、それらの使用は記録されるべきです。 </li><li>説明を与えることなく、任意の時点で試験から撤退する参加者の能力を再確認します。 </li></ol> 4.潜在的な参加者の「健康画面」を引き受けます 注：これはIVのエンドトキシンからの被害の大きなリスクでそれらを置く非公開の医療条件が存在しないことを確実にすることです。二次目的として実験的な質問に関連する情報を識別することができます。 <ol><li>適切な臨床環境と健康画面を実施するための適切な訓練を受けた医療専門家を特定します。&lt;/李&gt; <li> 、過去の医学的、社会的履歴、過去との進行中の薬/治療法を含む完全な病歴を取る新たな健康食品やカウンタ医薬品、アレルギー状態および新規または最近病気を提案することができる現在の症状の有無にお問い合わせの上。 </li><li>最小、心血管や呼吸器系のように、正式な臨床検査を実行します。 </li><li>定常観測（体重、心拍数、血圧、呼吸数、酸素飽和度、温度）、血液検査（完全血球数、腎臓、肝臓および血液凝固機能テスト）、および12誘導心電図を含むコア調査を手配し、見直し。 注：実験プロトコルに従って、追加試験を必要とすることができます。 </li><li> REC / IRB承認の包含/除外基準に依存して、平凡な歴史、検査や調査を持つ参加者がIVエンドトキシンチャレンジに進んでいます。 注：これは私新たに検出された症状、徴候や検査値異常のためのベストプラクティスは、に報告し、参加者のルーチン医師によって調査します。任意の懸念が適切に対処されるまで、これらの個人は除外されるべきです。 </li></ol> 5. IVエンドトキシンへの挑戦に進​​むと参加者に通知します。 <ol><li>任意の新たな症状や病気の研究者に通知します。 注：これは、通常、研究への参入を排除します。 </li><li>参加者は事前に述べた時間と場所に到着して下さい。快適な衣服を着用し、エンターテイメントをもたらすために、参加者に助言します。 </li><li> （明確な流体が許さ）深夜から高速に参加して下さい。 </li><li> 24時間前に、注射および/またはその後（オプションおよびプロトコルに依存）事前定義された期間のためにアルコールやカフェインを控えるよう、参加者に依頼します。 </li></ol>手順 6.エンドトキシンチャレンジ（前エンドトキシン管理へ） <ol><li> 45°ヘッドとベッドを準備します。 注：これは、臨床的支援や蘇生機器を得るために適切な場所に位置していることを確認します。例えば、臨床研究施設、麻酔室や集中治療ユニット。 </li><li>必要な臨床および実験装置がアクセス可能な機能であることを確認してください。 注：これは、血圧計、温度計、パルスオキシメータが含まれており、採用された場合、3リード心臓監視。ローカル蘇生機器や酸素のアクセスの完全性を確認してください。 </li><li>臨床センターリファレンスエンドトキシンを再構成<ol><li>全体に完全無菌非タッチ技術（ANTT）を使用してCCREの以前に未再構成したバイアルに注射用滅菌水の5ミリリットル、USP（SWI）を追加します。バイアルを白色凍結乾燥粉末の形10,000エンドトキシン単位（EU）（約1μgの）を含みます。 </li><li>バイアルOを配置5ミリリットルSWIのF CCREが完全に溶解されたバイアルのガラス表面にエンドトキシン付着を確実にするために1時間ボルテックスシェーカー上で追加されました。 注：CCREは完全に溶解しているように見えるにもかかわらず、容易に解決策にはなりません。 </li><li>エンドトキシンの正しい体重調整ボリュームを描く（現在2000 EU / mlまたはおよそ200 ngの/ ml）を1mlシリンジに。 注：機器にエンドトキシンの遵守（および損失）を最小化するために使用するガラスまたはポリプロピレンシリンジ。 </li></ol></li><li>参加者<ol><li> IVの内毒素投与を続行するには同意を確認してください。新しい病気、症状およびプロトコル固有の命令の遵守についてお尋ね。 注：医学的関心または非準拠のエンドトキシンがある場合には投与を遅らせます。 </li><li>彼らは快適で確認し、準備されたベッドに横たわるように参加者を確認して下さい。彼らは排尿膀胱と腸を持っていることを確認します。 </li></ol></li><li>血管アクセスを取得します。 <ol&gt; <li>エンドトキシンの投与のためにANTT下静脈カニューレを挿入し、プロトコル、静脈内輸液に含まれている場合。 </li><li>繰り返し静脈穿刺を避けるために、進行中の採血のための第二の血管内の行を配置します。静脈内にこれを挿入し、採血及び洗浄を容易にするために（または拡張子なし）3ウェイタップに接続します。 注：別の方法として、連続血圧モニタリング及びサンプル取得のために、サイト動脈ライン。これは、挿入のためのより高い専門知識を必要とし、地元の合併症の危険性が高くなります。 <ol><li>静脈内カニューレを使用して、進行中の採血については、溶血および凝固を避けるために、前肘窩で​​の立地と一緒に18ゲージ以上のボアカニューレを使用しています。 IV流体投与が開存性を維持するのに役立ちます。 注：血管内カニューレ挿入型とサイトの選択は、個々の開業医と参加者Pに応じて行われるべきです参照。動脈ラインは、伝統的に局所麻酔の前に点滴で半径方向または大腿動脈内に配置されている（ 例えば、1％リドカイン）。 </li></ol></li><li>第1または第2のいずれかの行の挿入時にベースラインテストのための血液を描画します。サンプリング用の血液を得る前（カニューレとコネクタ内のデッドスペースを占有）血液の最初の5ミリリットルを廃棄します。採血後に0.9％塩化ナトリウム10mlでラインをフラッシュします。 注：血液量が描かれ、サンプルの取り扱いが実験プロトコルや地元実験手順によって決定されます。 </li><li>必要に応じて臨床モニタリングを取り付け（ - 4 ngの/キロ例えば 、3リード心臓監視は通常、より高い用量で採用されている2に挑戦）。 </li><li>適切なバイタルサインチャートに4.4で述べたように、レコードベースライン日常的な臨床観察。自覚症状スコア（ 例えば 、頭痛、筋肉痛のためのビジュアルアナログスコアを用いて、等。）さらに、参加者の経験をモニターするために行われるべきです。 </li></ol></li><li>内毒素投与<ol><li>正しく土地を選定されたカニューレと特許を確保するために0.9％塩化ナトリウムで静脈内カニューレをフラッシュします。 </li><li>同じ静脈カニューレを介して再構成されたCCREの事前準備、重量調整用量を投与。ボーラス（&lt;2分）IVラインの​​ハブで3ウェイタップに投与量を注入します。 </li><li>すべてCCREが循環に入る確実にするために10ミリリットルの0.9％塩化ナトリウムで洗浄します。 注：連続注入が所定の濃度を達成するために、 例えば 、希釈剤の既知量に0.9％塩化ナトリウムを100mlのエンドトキシンを注射投与、及びセット率（容積/時間）で得られた溶液を注入します。 </li></ol></li></ol> 7.監視、観測とサンプルドロー<ol><li>ボーラス後6時間の最低IVのエンドトキシンを受けてモニター参加者が行います歌うまたは注入の期間。有資格、経験豊富な臨床医は、このステップを実行しています。 </li><li>記録とレビューバイタルサインおよび一度/ hrの最低で任意の臨床的観察。継続的な監視は、3リード心臓監視として追加的に着手することができます。 注：研究者は、より高いボーラス用量でいることに注意しなければならない（2から4 NG / kg）を血管迷走神経反応は心臓の一時停止を引き起こすことがあります。これらは、注射後30分〜2時間、最も頻繁であり、（さらなる詳細については、議論を参照）、悪性ではありません。 </li><li>治験責任医師の裁量で自覚症状のスコアリングを行います。 </li><li> 4 ngの/キロ - 2のボーラス投与後8時間 - 6上でクリスタの3 L（例えば0.9％塩化ナトリウムまたはハルトマン溶液） - 2を管理します。 注：いいえ許容可能な標準は、上記流体の投与のために存在しません。参加者の安全が最も重要です。これは、定期的なメンテナンスの流体とボリュームの担当者を提供しますlacement（期間のはニル・バイ・マウスを維持し、隆起した体温や呼吸数による不感損失を増加させました）。彼らはまた、心臓不整脈（説明を参照してください）​​のリスクに対抗することができます。 </li><li>実験的な質問に答えるために必要な予め定めたサンプルを得ます。 注：これらは、伝統的には、それだけ、血液や尿に限定されるものではありません。サンプルのタイミング、回数及び体積が正確なデータを得るために必要な最小限であるべきであり、REC / IRBによって承認されています。より頻繁なサンプリングがピーク（または谷）の値が失われていないを確保するために、特定の時点（ 例えば、30分ごと）で必要になることがあります。採取された血液量の計算は、デッドスペースの撤退時に廃棄された血液を考慮しなければなりません。 </li><li>処理サンプルは、必要に応じ。 </li></ol>手順8.終了<ol><li>主治医は、参加者の症状が落ち着いていることを確認しており、それらの観察はに推移していること通常の（すべての変更されたパラメータ、 例えば、心拍数上昇や温度、ベースライン値に向けて一貫性の低減を実証する）前に観察し、その後の放電終了を制裁します。 注：2のボーラス注入後-通常は完全にアバーテ6で4 ngの/キロCCRE症状- 8時間。個々の観測は重複するが、離散時間のコースに従ってください。 12時間 - これらは、通常は10でベースラインに戻ってきました。連続注入はすぐにおさまり内毒素投与の中止を投稿しません症状やバイタルサインなどの観察の長い期間を必要とします。 </li><li>すべての監視装置や止血を確実に血管内の行を削除します。 </li><li>参加者を確認して帰国して幸せであり、任意の懸念の場合には、研究者の連絡先の詳細を持っています。 注：これは、自分の健康状態を確認し、任意の後遺症のために監視するために、次の日の参加者に連絡するためのベストプラクティスと考えられています。 </li></オール&gt;

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	<li>Nathan, C., Ding, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonresolving+inflammation.">Nonresolving inflammation.</a> Cell. 140 (6), 871-882 (2010).</li><li>Adhikari, N. K., Fowler, R. A., Bhagwanjee, S., Rubenfeld, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+care+and+the+global+burden+of+critical+illness+in+adults.">Critical care and the global burden of critical illness in adults.</a> Lancet. 376 (9749), 1339-1346 (2010).</li><li>Xu, 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=Extracellular+histones+are+major+mediators+of+death+in+sepsis.">Extracellular histones are major mediators of death in sepsis.</a> Nature medicine. 15 (11), 1318-1321 (2009).</li><li>Zhang, Q., 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=Circulating+mitochondrial+DAMPs+cause+inflammatory+responses+to+injury.">Circulating mitochondrial DAMPs cause inflammatory responses to injury.</a> Nature. 464 (7285), 104-107 (2010).</li><li>Lorne, E., Dupont, H., Abraham, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toll-like+receptors+2+and+4:+initiators+of+non-septic+inflammation+in+critical+care+medicine?.">Toll-like receptors 2 and 4: initiators of non-septic inflammation in critical care medicine?.</a> Intensive care medicine. 36 (11), 1826-1835 (2010).</li><li>Brightbill, H. 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=Host+defense+mechanisms+triggered+by+microbial+lipoproteins+through+toll-like+receptors.">Host defense mechanisms triggered by microbial lipoproteins through toll-like receptors.</a> Science. 285 (5428), 732-736 (1999).</li><li>Zhang, G., Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toll-like+receptor-mediated+NF-kappaB+activation:+a+phylogenetically+conserved+paradigm+in+innate+immunity.">Toll-like receptor-mediated NF-kappaB activation: a phylogenetically conserved paradigm in innate immunity.</a> J Clin Invest. 107 (1), 13-19 (2001).</li><li>Lawrence, T., Gilroy, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+inflammation:+a+failure+of+resolution?.">Chronic inflammation: a failure of resolution?.</a> International journal of experimental pathology. 88 (2), 85-94 (2007).</li><li>Fullerton, J. N., O'Brien, A. J., Gilroy, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathways+mediating+resolution+of+inflammation:+when+enough+is+too+much.">Pathways mediating resolution of inflammation: when enough is too much.</a> The Journal of pathology. 231, 8-20 (2013).</li><li>Fullerton, J. N., O'Brien, A. J., Gilroy, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+mediators+in+immune+dysfunction+after+severe+inflammation.">Lipid mediators in immune dysfunction after severe inflammation.</a> Trends in Immunology. 35 (1), 12-21 (2014).</li><li>Seok, 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=Genomic+responses+in+mouse+models+poorly+mimic+human+inflammatory+diseases.">Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3507-3512 (2013).</li><li>Zolfaghari, P. S., Pinto, B. B., Dyson, A., Singer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+metabolic+phenotype+of+rodent+sepsis:+cause+for+concern.">The metabolic phenotype of rodent sepsis: cause for concern.</a> Intensive Care Medicine Experimental. 1 (6), (2013).</li><li>Dyson, A., Singer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+of+sepsis:+why+does+preclinical+efficacy+fail+to+translate+to+the+clinical+setting.">Animal models of sepsis: why does preclinical efficacy fail to translate to the clinical setting.</a> Critical care medicine. 37 (1 Suppl), S30-S37 (2009).</li><li>Rittirsch, D., Hoesel, L. M., Ward, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+disconnect+between+animal+models+of+sepsis+and+human+sepsis.">The disconnect between animal models of sepsis and human sepsis.</a> Journal of leukocyte biology. 81 (1), 137-143 (2007).</li><li>van der Worp, H. B., 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=Can+animal+models+of+disease+reliably+inform+human+studies?.">Can animal models of disease reliably inform human studies?.</a> PLoS Med. 7 (3), e1000245 (2010).</li><li>Calvano, S. E., Coyle, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+human+endotoxemia:+a+model+of+the+systemic+inflammatory+response+syndrome?.">Experimental human endotoxemia: a model of the systemic inflammatory response syndrome?.</a> Surgical infections. 13 (5), 293-299 (2012).</li><li>Suffredini, A. F., Noveck, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+endotoxin+administration+as+an+experimental+model+in+drug+development.">Human endotoxin administration as an experimental model in drug development.</a> Clin Pharmacol Ther. 96 (4), 418-422 (2014).</li><li>Lowry, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+endotoxemia:+a+model+for+mechanistic+insight+and+therapeutic+targeting.">Human endotoxemia: a model for mechanistic insight and therapeutic targeting.</a> Shock. 24, 94-100 (2005).</li><li>Andreasen, A. S., 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=Human+endotoxemia+as+a+model+of+systemic+inflammation.">Human endotoxemia as a model of systemic inflammation.</a> Current Medicinal Chemistry. 15 (17), 1697-1705 (2008).</li><li>Thorn, 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+inflammatory+response+in+humans+after+inhalation+of+bacterial+endotoxin:+a+review.">The inflammatory response in humans after inhalation of bacterial endotoxin: a review.</a> Inflamm Res. 50 (5), 254-261 (2001).</li><li>Basran, A., 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=Roles+of+neutrophils+in+the+regulation+of+the+extent+of+human+inflammation+through+delivery+of+IL-1+and+clearance+of+chemokines.">Roles of neutrophils in the regulation of the extent of human inflammation through delivery of IL-1 and clearance of chemokines.</a> Journal of leukocyte biology. 93 (1), 7-19 (2013).</li><li>Plovsing, R. 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=Transcompartmental+inflammatory+responses+in+humans:+IV+versus+endobronchial+administration+of+endotoxin*.">Transcompartmental inflammatory responses in humans: IV versus endobronchial administration of endotoxin*.</a> Crit Care Med. 42 (7), 1658-1665 (2014).</li><li>van Eijk, L. T., 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=Gender+differences+in+the+innate+immune+response+and+vascular+reactivity+following+the+administration+of+endotoxin+to+human+volunteers.">Gender differences in the innate immune response and vascular reactivity following the administration of endotoxin to human volunteers.</a> Crit Care Med. 35 (6), 1464-1469 (2007).</li><li>Krabbe, K. S., 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=Ageing+is+associated+with+a+prolonged+fever+response+in+human+endotoxemia.">Ageing is associated with a prolonged fever response in human endotoxemia.</a> Clin Diagn Lab Immunol. 8 (2), 333-338 (2001).</li><li>Krabbe, K. S., 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=Hypotension+during+endotoxemia+in+aged+humans.">Hypotension during endotoxemia in aged humans.</a> Eur J Anaesthesiol. 18 (9), 572-575 (2001).</li><li>Engelhardt, R., Mackensen, A., Galanos, C., Andreesen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+response+to+intravenously+administered+endotoxin+in+patients+with+advanced+cancer.">Biological response to intravenously administered endotoxin in patients with advanced cancer.</a> J Biol Response Mod. 9 (5), 480-491 (1990).</li><li>Patel, P. N., Shah, R. Y., Ferguson, J. F., Reilly, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+experimental+endotoxemia+in+modeling+the+pathophysiology,+genomics,+and+therapeutics+of+innate+immunity+in+complex+cardiometabolic+diseases.">Human experimental endotoxemia in modeling the pathophysiology, genomics, and therapeutics of innate immunity in complex cardiometabolic diseases.</a> Arterioscler Thromb Vasc Biol. 35 (3), 525-534 (2015).</li><li>Michie, H. 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=Tumor+necrosis+factor+and+endotoxin+induce+similar+metabolic+responses+in+human+beings.">Tumor necrosis factor and endotoxin induce similar metabolic responses in human beings.</a> Surgery. 104 (2), 280-286 (1988).</li><li>van Deventer, S. 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=Experimental+endotoxemia+in+humans:+analysis+of+cytokine+release+and+coagulation,+fibrinolytic,+and+complement+pathways.">Experimental endotoxemia in humans: analysis of cytokine release and coagulation, fibrinolytic, and complement pathways.</a> Blood. 76 (12), 2520-2526 (1990).</li><li>Fong, Y. M., 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+acute+splanchnic+and+peripheral+tissue+metabolic+response+to+endotoxin+in+humans.">The acute splanchnic and peripheral tissue metabolic response to endotoxin in humans.</a> The Journal of clinical investigation. 85 (6), 1896-1904 (1990).</li><li>Stephens, R. C., O'Malley, C. M., Frumento, R. J., Mythen, M. G., Bennett-Guerrero, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-dose+endotoxin+elicits+variability+in+the+inflammatory+response+in+healthy+volunteers.">Low-dose endotoxin elicits variability in the inflammatory response in healthy volunteers.</a> Journal of endotoxin research. 11 (4), 207-212 (2005).</li><li>Taudorf, S., Krabbe, K. S., Berg, R. M., Pedersen, B. K., Moller, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+models+of+low-grade+inflammation:+bolus+versus+continuous+infusion+of+endotoxin.">Human models of low-grade inflammation: bolus versus continuous infusion of endotoxin.</a> Clin Vaccine Immunol. 14 (3), 250-255 (2007).</li><li>Leentjens, 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=Reversal+of+immunoparalysis+in+humans+in+vivo:+a+double-blind,+placebo-controlled,+randomized+pilot+study.">Reversal of immunoparalysis in humans in vivo: a double-blind, placebo-controlled, randomized pilot study.</a> Am J Respir Crit Care Med. 186 (9), 838-845 (2012).</li><li>Hamers, L., Kox, M., Pickkers, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sepsis-induced+immunoparalysis:+mechanisms,+markers,+and+treatment+options.">Sepsis-induced immunoparalysis: mechanisms, markers, and treatment options.</a> Minerva Anestesiol. 81 (4), 426-439 (2015).</li><li>Xiao, W., 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=A+genomic+storm+in+critically+injured+humans.">A genomic storm in critically injured humans.</a> The Journal of experimental medicine. 208 (13), 2581-2590 (2011).</li><li>Williams, W. V., 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=Asystole+following+endotoxin+administration.">Asystole following endotoxin administration.</a> J Endotoxin Res. 6 (4), 303-306 (2000).</li><li>van Eijk, L. T., Pickkers, P., Smits, P., Bouw, M. P., van der Hoeven, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Severe+vagal+response+after+endotoxin+administration+in+humans.">Severe vagal response after endotoxin administration in humans.</a> Intensive Care Med. 30 (12), 2279-2281 (2004).</li><li>Kox, M., 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=Differential+ex+vivo+and+in+vivo+endotoxin+tolerance+kinetics+following+human+endotoxemia.">Differential ex vivo and in vivo endotoxin tolerance kinetics following human endotoxemia.</a> Critical care medicine. 39 (8), 1866-1870 (2011).</li><li>Draisma, A., Pickkers, P., Bouw, M. P., van der Hoeven, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+endotoxin+tolerance+in+humans+in+vivo.">Development of endotoxin tolerance in humans in vivo.</a> Critical care medicine. 37 (4), 1261-1267 (2009).</li><li>Anel, R., Kumar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+endotoxemia+and+human+sepsis:+limits+to+the+model.">Human endotoxemia and human sepsis: limits to the model.</a> Critical care. 9 (2), 151-152 (2005).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

ここで実証し、完全に最近のレビュー記事で説明したように、人間のIVエンドトキシンチャレンジは、ヒト疾患の広大な範囲の基礎をなす炎症経路への洞察を提供するユニークな実験的なプラットフォームです。全身性炎症の制御、再現性の誘導を可能にするモデルは、潜在的な交絡因子を排除し、炎症カスケードの初期段階へのアクセスを許可します。 参加者の応答は、重症度および持続時間に関して変調されてもよいし、それらの表現型のプレゼンテーションにゲノムの影響は評価しました。さらに、このモデルは治療のためだけでなく、それらのLPSリガンド自体に対してテストベッドとして機能するが、LPS誘導性のシグナル伝達経路と炎症の急性および解像度相の両方のメディエーターがあります。これは、エンドトキシン寛容、重要な病気-Iとの類似性を担う免疫系の低応答性状態の回復に標的薬剤を含んでいてもよいですnduced immunoparalysisだけでなく、生理的/機能レベルでの急性16および慢性27炎症の両方の主要な機能を複製することができる33,34だけでなく、トランスクリプトーム1 35は 、IV内毒素チャレンジは、一見基本的な科学的ブレークスルーの翻訳でプレーする重要な役割を持っています臨床診療へ。より密接に特定の疾患状態（ 例えば 、マウス盲腸結紮穿刺および敗血症）の病態生理学的応答を複製することができ、適切な動物モデルで導か捜査に結合されたときに、この治験パラダイムは特に強力であってもよいです。 任意の健康なヒトボランティアのモデルの参加者の安全が最も重要です。私たちと他の作家の知識、重篤な又は永久的な有害事象（私信、博士アンソニーSuffredini）19に、と個人の数千に4 ngの/キロ- IVエンドトキシンチャレンジは2のより高い用量範囲で投与されています。のではありません重度の迷走神経反応の電子が分離されたアカウントは36,37を報告されています。病因はおそらく誇張ベツォルト - ヤーリッシュ反射で最高潮に達する、発熱、悪寒および症状の発症と高い安静時迷走神経の緊張、一晩の絶食後の体積の枯渇、およびカテコー​​ルアミンの放出を示しています。このリスクは、以前の血管迷走神経syncopyまたは正の傾斜テスト、および前エンドトキシンチャレンジ37との間に静脈内輸液と体積負荷を持つ個人を除外することによって改善することができます。高用量の内毒素チャレンジ（特に4 ngの/キログラム）を用いた研究者は、徐脈および/または心臓の一時停止のリスクの説得力のあることが珍しくなく、潜在的な発生の参加者を警告、適切なモニタリングを採用し、蘇生機器が容易に入手できている必要があります。他の除外基準は、プロトコルに記載のものに加えて、実験的な問題に依存必要とされ得ます。例えば、PAを有するものを除外することが賢明である一方また、以前IVエンドトキシンチャレンジ試験でpartakenたものにすることができる他の臨床試験でrticipatedまたは過去3ヶ月間に手術/外傷を経験し、エントリ（またはパラレル・グループの使用ではない介入研究におけるクロスオーバーデザイン）の制限生体内 38,39 の時間の長さが不明のために持続エンドトキシン寛容：免疫応答を評価する場合に必要とされます。 いくつかの制限がモデルと明らかです。これは、伝統的に臨床集団の健康、若い男性ボランティア未代表で行われます。いかなる介入を解決するために、内毒素投与の表現型の結果のために必要ありません。ライブ病原体上のいくつかの免疫原性部分とは対照的に精製されたLPS注射は、単一のTLRリガンドへの暴露を提供します。倫理的な必要性によってのみ、比較的控えめな炎症反応を誘発することができます。 DISEのすべての病態生理学的特徴の擬態ASEは40を達成されません。したがって、18 &#39;モデルは完全にローカライズされ、重度または全身グラム陰性感染症の臨床状態を複製することを任意の期待が未保証です」。 私たちは、モデルの強さはない臨床設定に不適切な外挿ではなく、生理的、血液学、免疫学、神経内分泌およびキー炎症性刺激にコンピテント細胞および器官系の代謝反応を呼び掛けであることが主張するだろう。薬理学的な挑戦によってエンドトキシンの管理とその変調によって引き起こさ過渡変化の思慮深い解釈がされている、および、新たな治療法を設計し、その有効性を予測するのに有益であり続けるだろう。

異なる病因、重症度および持続時間の炎症は、複数の疾患の病理において中心的なコンポーネントを形成しています。調節不全の炎症経路は、このような厳しい、比較的短命炎症が持続的な低レベルの炎症トーンが病的な要因と考えられている2型糖尿病、アテローム性動脈硬化症およびアルツハイマー病を含む慢性疾患に、優勢敗血症または外傷などの重大な病気の状態からされている測距しますグローバルな罹患率と死亡率1,2のキードライバー。 組織損傷3-5を介して放出され、一般的に細胞内成分-炎症は、病原体関連分子パターン（PAMP）または危険関連分子パターン（DAMPS）の存在によって開始されます。このような上皮細胞上に見られるToll様受容体（TLR）、内皮細胞および先天性免疫SYSのものなどのこれらの保存された分子のモチーフの結合パターン認識受容体（PRRの）テムは、共通の下流の細胞内シグナル伝達が6を経路トリガします。核転写因子核因子κBの活性化は、とりわけ、炎症カスケード7を確立する前炎症性サイトカインをコードする遺伝子の転写をもたらします。 炎症は、最初の損傷を分離し、除去するように設計された局所および全身効果の両方を誘導します。ローカル変更はアップレギュレーション接着マーカーの、ケモカインの放出、血管拡張含まれ、自然免疫細胞の遊出を容易にするために、血管透過性を増加させました。補体および凝固系も活性化されます。全身、複数の器官特異的生理学的変化は、神経内分泌ネットワークを介して画策、観察されます。体液性メディエーターの有意な増加が生じ、循環細胞のプロファイルは、根本的に変化させます。再確立するために中止する炎症の障害と恒常性は、開始刺激の持続性に起因し得ますか、専用の解像度の失敗は8経路。多くの場合、脂質メディエーターによって調整これらの強力なメカニズムは、それ自体が9,10病原性であってもよいです。 炎症反応と臨床集団におけるこれらの重要な調節段階の調査は困難です。人口統計学（年齢、性別、民族性）、時間（開始時間、曝露期間）と臨床分散（開始刺激の種類、発作の重症度、併存疾患の負担、治療的介入）キー生物学的経路へのアクセスを妨げます。従来の解決策は、動物モデルを使用することでした。複数の利点を与えるにもかかわらず、彼らの基本的な人間の病態生理学11,12との類似性とその出力の妥当性は、精査13-15を増やすの下に来ています。代替案は、還元主義、人間のモデルを採用することです。 1960年代後半に開発された、人間への静脈内（IV）エンドトキシン投与が不可欠なプラットフォームを提供していますが通ります、発見描くと、潜在的に薬剤炎症経路16から19にします。 （この記事のリポ多糖[LPS]と同義で使用）エンドトキシンは用量依存的に炎症カスケードを誘発する強力なTLR4アゴニストです。このように低レベルと異なる持続時間の中程度の全身性炎症の両方をモデル化するために使用することができるボーラスまたは注入のいずれかとして注射しました。得られた短命の炎症反応は、細菌感染の間に発症する非常に複雑な宿主 - 病原体相互作用の単一のコンポーネントの評価を可能に。ショックのモデルではないが、静脈内毒素の課題は、感染の初期段階を複製するように表示される応答を誘発します。種間の翻訳の障壁を排除し、正確な定量的、定性的臨床表現型を模倣していない場合、それは炎症の影響、影響および介入をテストする機会のリアルタイムの解釈を与えます。エンドトキシンもendobronchiall投与してもよいですY 20は 、皮内21またはIVのLPS 22との組み合わせで異なるコンパートメント内の局所炎症反応を探索します。あまり広く使用されている代替の方法論は、腫瘍壊死因子α（TNFα）およびインターロイキン（IL）6 19と近位の炎症性サイトカインの注入を含む。これらは、ここでさらに議論されることはありません。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative)</td>
			<td>National Institutes for Health</td>
			<td>n/a</td>
			<td>GMP Manufactured Endotoxin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes (1ml, 5ml)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water for injection</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intravenous cannulae</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Miminum 20G French</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sphygmomanometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>If intraarterial line placed, transduction equipment for invasive blood pressure monitoring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse oximeter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermometer&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Typmanic, oral or core (rectal, oropharyngeal)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrocardiograph machine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample collection tubes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>As utilized by local clinical laboratory</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

intravenous endotoxin challenge in healthy humans: an experimental platform to investigate and modulate systemic inflammation

炎症経路の活性化は、急性および慢性の両方の複数の疾患状態において中心的機構を表します。病原体または組織損傷関連分子モチーフのいずれかを介してトリガされ、一般的な生化学的経路は、保存まだ可変生理学的および免疫学的な変化につながります。切開と決定し、それに応答して表現型の変動のメカニズムの描写は、新規治療の進歩をもたらすことが期待されます。 エンドトキシン（グラム陰性細菌のリポ多糖）、特定のToll様受容体4アゴニスト、の静脈内（IV）投与は、ヒトにおける全身性炎症のin vivoモデルを表します。健康のための国立研究所臨床センターリファレンスエンドトキシン（CCRE、 大腸菌 O：113：H10：Kは負）が様々な程度で、確実かつ再現性血管、血液学、内分泌、免疫学的および臓器特異的機能的効果並列それを生成するために使用され、病理学的状態の初期段階に見られます。用量の変更は4 ngの/キロ- （0.06から4 NG / kg）及び曝露の時間スケール（点滴対ボーラス）は、急性または慢性の炎症および重症度の範囲のいずれかの複製は、高用量（2で、誘発することができます）しばしば「敗血症様」状態を作成するために使用されています。設立および新規の医薬品化合物は、さらに、炎症カスケードに及ぼす影響を理解すること前または後、エンドトキシン暴露を投与することができます。スコープと一般化の限界にもかかわらず、人間のIV内毒素チャレンジは、誘導性の生理的反応や炎症経路に機械的な洞察を得るためのユニークなプラットフォームを提供しています。合理的にそれは治療の技術革新にこの知識の翻訳を助けることができる採用。

IVの内毒素投与の多様な、マルチシステムの結果は、最近、包括的にレビューされていると（詳細は17-19,27を参照）、ここで完全に議論されることはありません。代わりに、モデルの範囲および適用の概要は、古典的なボーラス投与計画（2 ngの/キログラム）に関連する一次データと一緒に提供されます。このような実験のタイムラインを示す模式図を図1に提供されます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53913/53913fig1.jpg" /> 図1：ボーラスIVエンドトキシンチャレンジプロトコルの代表的な回路図が到着した後、続行する参加者の同意が自分の健康状態とプロトコルへの準拠（断食、アルコール棄権など ）と一緒に確認する必要があります。血管内の行の挿入に続いて、attachmeモニタリングおよびベースラインの臨床観察およびサンプル再構成CCREの重量調整用量のコレクションの塩基が投与されます。 6の最小のための臨床監視 - 8時間は必須です。最も一般的に血液サンプルを、予め選択された時点で採取してもよいです。晶質点滴は、一般的に6時間かけて1 Lに続いて2時間かけて、この場合1 Lに、与えられている。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53913/53913fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> IV内毒素の効果は、選択された投与量と投与方法（点滴対ボーラス）に依存しています。 2のボーラス- 4 ngの/ kgを確実に心拍数と白血球（WBC）は16を数え、隆起したコア温度による全身性炎症反応症候群の特徴を誘発します。これは、プロとアリなどの炎症の体液性メディエーターの存在を伴っていますI炎症性サイトカイン（例えば、C反応性タンパク質など）、急性期タンパク質（ 図2および図 3を参照）、視床下部-下垂体軸28の活性化との両方のプロ凝固及び繊維素溶解システム29。中枢および末梢組織の両方における代謝が変更され、複数の器官特異的機能変化は19,30を誘発しました 。 2時間と大幅にアバテ6時間によって（ 図 4を参照） -参加者が1周りの強度のピークは「インフルエンザ様の症状の様々なを経験します。ボーラス「高用量」プロトコルは、ボランティア31で定性的に一貫性が、定量的に可変応答を誘導します。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53913/53913fig2.jpg" /> 図2：臨床観察プロファイルは、臨床センターリファレンスエンドトキシン2 n個のバイタルサインポストボーラス投与に変更しますグラム/キログラム（IQRと中央値はn = 10）。呼吸数（RR、毎分呼吸、A）、パルス（毎分拍、B）、収縮期血圧（SBP、mmHgで、C）と温度（℃、鼓膜体温計を介して、D）が表示されます。 SBPが原因IV流体、おそらく増加交感神経流出を反映して小幅な上昇の管理に落ちませんでした。時間はx軸（時間後エンドトキシン投与）に表示されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53913/53913fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53913/53913fig3.jpg" /> 図 3： 細胞性および体液性応答過渡好中球を含む総白血球数の一貫性の変化は、inflammatioの一般的に使用される臨床指標と一緒に（A）が観察されていますnは例えばC反応性タンパク質（B）のように。血漿サイトカインの循環濃度で定量的に変化させ、まだ定性的に保存された変更は、IVエンドトキシン後に発生します。 TNFα（C）およびIL-6（D）は、手本として表示されます。すべての臨床センターリファレンスエンドトキシン2 ngの/キログラムのデータポストボーラス投与（IQRと中央値はn = 10サイトカインの濃度は、各時点で2技術的なリピート/個々の平均を表す）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53913/53913fig3large.jpg" target="_blank">の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。この図。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53913/53913fig4.jpg" /> 図4：症状プロファイル累積症状予め決め時点で臨床センターリファレンスエンドトキシン2 ngの/キロのポストボーラス投与記録（IQRとの中央値を、N = 10）スコア。参加者は、トンを求めていましたO視覚的アナログスケールで頭痛、震え、筋肉痛、吐き気の ​​重症度をスコア。（0から10までは、最大で40得点） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53913/53913fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 対照的に、「低用量」エンドトキシンは、個人に、はるかに多様な効果を有し、炎症反応31で個体間の差異を調査するために使用することができます。 0.06の管理-慢性低悪性度の炎症状態32に見られるものに見合った血漿サイトカインで10倍の増加-ボーラスまたは注入のいずれかを介して、0.2 ngの/ kgの2を誘導します。そのようなプロトコルは、炎症の寄与と複数の複雑な心血管代謝条件27にそれを調節する経路を探索において重要な役割を有することができます。

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Intravenous Endotoxin Challenge in Healthy Humans: An Experimental Platform to Investigate and Modulate Systemic Inflammation

Intravenous administration of endotoxin reliably elicits dose-dependent physiological and immunological alterations consistent with several pathological states. This reductionist approach permits the investigation, modeling and experimental modification of systemic inflammation and its downstream effects in man.

健康なヒトにおける静脈内毒素チャレンジ：実験プラットフォームが調査し、全身性炎症を調節するために

Activation of inflammatory pathways represents a central mechanism in multiple disease states both acute and chronic. Triggered via either pathogen or ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

11.5K ビュー.  University College London. Intravenous administration of endotoxin reliably elicits dose-dependent physiological and immunological alterations consistent with several pathological states. This reductionist approach permits the investigation, modeling and experimental modification of systemic inflammation and its downstream effects in man.

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Spectral Karyotyping to Study Chromosome Abnormalities in Humans and Mice with Polycystic Kidney Disease

Conventional method to identify and classify individual chromosomes depends on the unique banding pattern of each chromosome in a specific species being analyzed 1, 2. This classical banding technique, however, is not reliable in identifying complex chromosomal aberrations such as those associated with cancer. To overcome the limitations of the banding technique, Spectral Karyotyping (SKY) is introduced to provide much reliable information on chromosome abnormalities.
SKY is a multicolor fluorescence in-situ hybridization (FISH) technique to detect metaphase chromosomes with spectral microscope 3, 4. SKY has been proven to be a valuable tool for the cytogenetic analysis of a broad range of chromosome abnormalities associated with a large number of genetic diseases and malignancies 5, 6. SKY involves the use of multicolor fluorescently-labelled DNA probes prepared from the degenerate oligonucleotide primers by PCR. Thus, every chromosome has a unique spectral color after in-situ hybridization with probes, which are differentially labelled with a mixture of fluorescent dyes (Rhodamine, Texas Red, Cy5, FITC and Cy5.5). The probes used for SKY consist of up to 55 chromosome specific probes 7-10.
The procedure for SKY involves several steps (Figure 1). SKY requires the availability of cells with high mitotic index from normal or diseased tissue or blood. The chromosomes of a single cell from either a freshly isolated primary cell or a cell line are spread on a glass slide. This chromosome spread is labeled with a different combination of fluorescent dyes specific for each chromosome. For probe detection and image acquisition,the spectral imaging system consists of sagnac interferometer and a CCD camera. This allows measurement of the visible light spectrum emitted from the sample and to acquire a spectral image from individual chromosomes. HiSKY, the software used to analyze the results of the captured images, provides an easy identification of chromosome anomalies. The end result is a metaphase and a karyotype classification image, in which each pair of chromosomes has a distinct color (Figure 2). This allows easy identification of chromosome identities and translocations. For more details, please visit Applied Spectral Imaging website (<a href="http://www.spectral-imaging.com/" target="_blank">http://www.spectral-imaging.com/</a>).
SKY was recently used for an identification of chromosome segregation defects and chromosome abnormalities in humans and mice with Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD), a genetic disease characterized by dysfunction in primary cilia 11-13. Using this technique, we demonstrated the presence of abnormal chromosome segregation and chromosomal defects in ADPKD patients and mouse models 14. Further analyses using SKY not only allowed us to identify chromosomal number and identity, but also to accurately detect very complex chromosomal aberrations such as chromosome deletions and translocations (Figure 2).

Spectral Karyotyping (SKY) is an advanced cytogenetics technique to identify genomic and chromosomal aberrations. This technique takes advantage of chromosome painting probes, which allow classification of all chromosomes. SKY can also identify complex chromosome aberrations and segregation defects in mice and humans with various diseases, including polycystic kidney disease.

多発性嚢胞腎疾患で、ヒトとマウスの染色体異常を研究するためにスペクトル核型分析

Conventional method to identify and classify individual chromosomes depends on the unique banding pattern of each chromosome in a specific species being ...

医学

Combined In vivo Optical and &#181;CT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice

Multimodality imaging has emerged as a common technological approach used in both preclinical and clinical research. Advanced techniques that combine in vivo optical and &#956;CT imaging allow the visualization of biological phenomena in an anatomical context. These imaging modalities may be especially useful to study conditions that impact bone. In particular, orthopaedic implant infections are an important problem in clinical orthopaedic surgery. These infections are difficult to treat because bacterial biofilms form on the foreign surgically implanted materials, leading to persistent inflammation, osteomyelitis and eventual osteolysis of the bone surrounding the implant, which ultimately results in implant loosening and failure. Here, a mouse model of an infected orthopaedic prosthetic implant was used that involved the surgical placement of a Kirschner-wire implant into an intramedullary canal in the femur in such a way that the end of the implant extended into the knee joint. In this model, LysEGFP mice, a mouse strain that has EGFP-fluorescent neutrophils, were employed in conjunction with a bioluminescent Staphylococcus aureus strain, which naturally emits light. The bacteria were inoculated into the knee joints of the mice prior to closing the surgical site. In vivo bioluminescent and fluorescent imaging was used to quantify the bacterial burden and neutrophil inflammatory response, respectively. In addition, &#956;CT imaging was performed on the same mice so that the 3D location of the bioluminescent and fluorescent optical signals could be co-registered with the anatomical &#956;CT images. To quantify the changes in the bone over time, the outer bone volume of the distal femurs were measured at specific time points using a semi-automated contour based segmentation process. Taken together, the combination of in vivo bioluminescent/fluorescent imaging with &#956;CT imaging may be especially useful for the noninvasive monitoring of the infection, inflammatory response and anatomical changes in bone over time.

Combined In vivo Optical and  &#181;CT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice

Combined optical and &#956;CT imaging in a mouse model of orthopaedic implant infection, utilizing a bioluminescent engineered strain of Staphylococcus aureus, provided the capability to noninvasively and longitudinally monitor the dynamics of the bacterial infection, as well as the corresponding inflammatory response and anatomical changes in the bone.

合わせた<em&gt;インビボ</em&gt;光とμCTイメージングマウスにおける整形外科インプラント感染で感染症、炎症、および骨解剖学を監視する

Multimodality imaging has emerged as a common technological approach used in both preclinical and clinical research. Advanced techniques that combine in ...

Ischemic Tissue Injury in the Dorsal Skinfold Chamber of the Mouse: A Skin Flap Model to Investigate Acute Persistent Ischemia

Despite profound expertise and advanced surgical techniques, ischemia-induced complications ranging from wound breakdown to extensive tissue necrosis are still occurring, particularly in reconstructive flap surgery. Multiple experimental flap models have been developed to analyze underlying causes and mechanisms and to investigate treatment strategies to prevent ischemic complications. The limiting factor of most models is the lacking possibility to directly and repetitively visualize microvascular architecture and hemodynamics. The goal of the protocol was to present a well-established mouse model affiliating these before mentioned lacking elements. Harder et al. have developed a model of a musculocutaneous flap with a random perfusion pattern that undergoes acute persistent ischemia and results in ~50% necrosis after 10 days if kept untreated. With the aid of intravital epi-fluorescence microscopy, this chamber model allows repetitive visualization of morphology and hemodynamics in different regions of interest over time. Associated processes such as apoptosis, inflammation, microvascular leakage and angiogenesis can be investigated and correlated to immunohistochemical and molecular protein assays. To date, the model has proven feasibility and reproducibility in several published experimental studies investigating the effect of pre-, peri- and postconditioning of ischemically challenged tissue.

The window of the murine dorsal skinfold chamber presented visualizes a zone of acute persistent ischemia of a musculocutaneous flap. Intravital epi-fluorescence microscopy permits for direct and repetitive assessment of the microvasculature and quantification of hemodynamics. Morphologic and hemodynamic results can further be correlated with histological and molecular analyses.

マウスの背部皮脂商工における虚血性組織損傷：皮膚弁モデル急性永続虚血を調査する

Despite profound expertise and advanced surgical techniques, ischemia-induced complications ranging from wound breakdown to extensive tissue necrosis are ...

Monitoring of Systemic and Hepatic Hemodynamic Parameters in Mice

The use of mouse models in experimental research is of enormous importance for the study of hepatic physiology and pathophysiological disturbances. However, due to the small size of the mouse, technical details of the intraoperative monitoring procedure suitable for the mouse were rarely described. Previously we have reported a monitoring procedure to obtain hemodynamic parameters for rats. Now, we adapted the procedure to acquire systemic and hepatic hemodynamic parameters in mice, a species ten-fold smaller than rats. This film demonstrates the instrumentation of the animals as well as the data acquisition process needed to assess systemic and hepatic hemodynamics in mice. Vital parameters, including body temperature, respiratory&#160;rate&#160;and heart&#160;rate were recorded throughout the whole procedure. Systemic hemodynamic parameters consist of carotid artery pressure (CAP) and central venous pressure (CVP). Hepatic perfusion parameters include portal vein pressure (PVP), portal flow rate as well as the flow rate of the common hepatic artery (table 1). Instrumentation and data acquisition to record the normal values was completed within 1.5 h. Systemic and hepatic hemodynamic parameters remained within normal ranges during this procedure.
This procedure is challenging but feasible. We have already applied this procedure to assess hepatic hemodynamics in normal mice as well as during 70% partial hepatectomy and in liver lobe clamping experiments. Mean PVP after resection (n= 20), was 11.41&#177;2.94 cmH2O which was significantly higher (P&#60;0.05) than before resection (6.87&#177;2.39 cmH2O). The results of liver lobe clamping experiment indicated that this monitoring procedure is sensitive and suitable for detecting small changes in portal pressure and portal flow rate. In conclusion, this procedure is reliable in the hands of an experienced micro-surgeon but should be limited to experiments where mice are absolutely needed.

This film demonstrates how to acquire systemic and hepatic hemodynamics in mice. The whole monitoring includes acquisition of vital parameters, systemic blood pressure, central venous pressure, common hepatic artery flow rate, and portal vein pressure as well as the portal flow rate in mice.

マウスにおける全身および肝血行動態パラメータの監視

The use of mouse models in experimental research is of enormous importance for the study of hepatic physiology and pathophysiological disturbances. ...

An Ex vivo Model to Study Hormone Action in the Human Breast

The study of hormone action in the human breast has been hampered by lack of adequate model systems. Upon in vitro culture, primary mammary epithelial cells tend to lose hormone receptor expression. Widely used hormone receptor positive breast cancer cell lines are of limited relevance to the in vivo situation. Here, we describe an ex vivo model to study hormone action in the human breast. Fresh human breast tissue specimens from surgical discard material such as reduction mammoplasties or mammectomies are mechanically and enzymatically digested to obtain tissue fragments containing ducts and lobules and multiple stromal cell types. These tissue microstructures kept in basal medium without growth factors preserve their intercellular contacts, the tissue architecture, and remain hormone responsive for several days. They are readily processed for RNA and protein extraction, histological analysis or stored in freezing medium. Fluorescence activated cell sorting (FACS) can be used to enrich for specific cell populations. This protocol provides a straightforward, standard approach for translational studies with highly complex, varied human specimens.

An Ex vivo Model to Study Hormone Action in the Human Breast

We have developed a novel ex vivo model to study hormone action in the human breast. It is based on tissue microstructures isolated from surgical breast tissue specimens which preserve tissue architecture, intercellular interactions, and paracrine signaling.

アン<em&gt;エクスビボ</emヒト乳癌でホルモンの作用を研究するために&gt;モデル

The study of hormone action in the human breast has been hampered by lack of adequate model systems. Upon in vitro culture, primary mammary epithelial ...

Symmetric Bihemispheric Postmortem Brain Cutting to Study Healthy and Pathological Brain Conditions in Humans

Neuropathologists, at times, feel intimidated by the amount of knowledge needed to generate definitive diagnoses for complex neuropsychiatric phenomena described in those patients for whom a brain autopsy has been requested. Although the advancements of biomedical sciences and neuroimaging have revolutionized the neuropsychiatric field, they have also generated the misleading idea that brain autopsies have only a confirmatory value. This false idea created a drastic reduction of autopsy rates and, consequently, a reduced possibility to perform more detailed and extensive neuropathological investigations, which are necessary to comprehend numerous normal and pathological aspects yet unknown of the human brain. The traditional inferential method of correlation between observed neuropsychiatric phenomena and corresponding localization/characterization of their possible neurohistological correlates continues to have an undeniable value. In the context of neuropsychiatric diseases, the traditional clinicopathological method is still the best possible methodology (and often the only available) to link unique neuropsychiatric features to their corresponding neuropathological substrates, since it relies specifically upon the direct physical assessment of brain tissues. The assessment of postmortem brains is based on brain cutting procedures that vary across different neuropathology centers. Brain cuttings are performed in a relatively extensive and systematic way based on the various clinical and academic contingencies present in each institution. A more anatomically inclusive and symmetric bi-hemispheric brain cutting methodology should at least be used for research purposes in human neuropathology to coherently investigate, in depth, normal and pathological conditions with the peculiarities of the human brain (i.e., hemispheric specialization and lateralization for specific functions). Such a method would provide a more comprehensive collection of neuropathologically well-characterized brains available for current and future biotechnological and neuroimaging techniques. We describe a symmetric bi-hemispheric brain cutting procedure for the investigation of hemispheric differences in human brain pathologies and for use with current as well as future biomolecular/neuroimaging techniques.

Organized brain cutting procedures are necessary to correlate specific neuropsychiatric phenomena with definitive neuropathologic diagnoses. Brain cuttings are performed differently based on various clinico-academic contingencies. This protocol describes a symmetric bihemispheric brain cutting procedure to investigate hemispheric differences in human brain pathologies and to maximize current and future biomolecular/neuroimaging techniques.

対称Bihemispheric死後脳人間に健康と病理学的脳条件を研究するためにカッティング

Neuropathologists, at times, feel intimidated by the amount of knowledge needed to generate definitive diagnoses for complex neuropsychiatric phenomena ...

A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to hypoxia sensitive organs such as the brain, compensatory circulatory mechanisms help to maintain an adequate oxygen supply. This is mainly achieved by increased cerebral blood flow. Intermittent hypoxia is a commonly seen phenomenon in patients with obstructive sleep apnea. Acute airway obstruction can also result in hypoxia and hypercapnia. Until now, no adequate model has been established to simulate these dynamics in humans. Previous investigations focusing on human hypoxia used inhaled hypoxic gas mixtures. However, the resulting hypoxia was combined with hyperventilation and is therefore more representative of high altitude environments than of apnea. Furthermore, the transferability of previously performed animal experiments to humans is limited and the pathophysiological background of apnea induced physiological changes is poorly understood. In this study, healthy human apneic divers were utilized to mimic clinically relevant hypoxia and hypercapnia during apnea. Additionally, pulse-oximetry and Near Infrared Spectroscopy (NIRS) were used to evaluate changes in cerebral and peripheral oxygen saturation before, during, and after apnea.

Hypoxia simulation in humans has usually been performed by inhaling hypoxic gas mixtures. For this study, apneic divers were used to simulate dynamic hypoxia in humans. Additionally, physiological changes in desaturation and re-saturation kinetics were evaluated with non-invasive tools such as Near-Infrared-Spectroscopy (NIRS) and peripheral oxygenation saturation (SpO2).

モデルは、ヒトにおける臨床的に関連する低酸素症をシミュレートします

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to ...

Advanced Imaging of Lung Homing Human Lymphocytes in an Experimental In Vivo Model of Allergic Inflammation Based on Light-sheet Microscopy

Overwhelming tissue accumulation of highly activated immune cells represents a hallmark of various chronic inflammatory diseases and emerged as an attractive therapeutic target in the clinical management of affected patients. In order to further optimize strategies aiming at therapeutic regulation of pathologically imbalanced tissue infiltration of pro-inflammatory immune cells, it will be of particular importance to achieve improved insights into disease- and organ-specific homing properties of peripheral lymphocytes. The here described experimental protocol allows to monitor lung accumulation of fluorescently labeled and adoptively transferred human lymphocytes in the context of papain-induced pulmonary inflammation. In contrast to standard in vitro assays frequently used for the analysis of immune cell migration and chemotaxis, the now introduced in vivo setting takes into account lung-specific aspects of tissue organization and the influence of the complex inflammatory scenario taking place in the living murine organism. Moreover, three-dimensional cross-sectional light-sheet fluorescence microscopic imaging does not only provide quantitative data on infiltrating immune cells, but also depicts the pattern of immune cell localization within the inflamed lung. Overall, we are able to introduce an innovative technique of high value for immunological research in the field of chronic inflammatory lung diseases, which can be easily applied by following the provided step-by-step protocol.

The here introduced protocol allows characterization of the lung homing capacity of primary human lymphocytes under in vivo inflammatory conditions. Pulmonary infiltration of adoptively transferred human immune cells in a mouse model of allergic inflammation can be imaged and quantified by light-sheet fluorescence microscopy of chemically cleared lung tissue.

In Vivo 光シート顕微鏡観察に基づくアレルギー性炎症の実験的肺ホーミング ヒトリンパ球のイメージング高度な

Overwhelming tissue accumulation of highly activated immune cells represents a hallmark of various chronic inflammatory diseases and emerged as an ...

On-Site Sampling and Extraction of Brain Tumors for Metabolomics and Lipidomics Analysis

Despite the variety of tools available for cancer diagnosis and classification, methods that enable fast and simple characterization of tumors are still in need. In recent years, mass spectrometry has become a method of choice for untargeted profiling of discriminatory compound as potential biomarkers of a disease. Biofluids are generally considered as preferable matrices given their accessibility and easier sample processing while direct tissue profiling provides more selective information about a given cancer. Preparation of tissues for the analysis via traditional methods is much more complex and time-consuming, and, therefore, not suitable for fast on-site analysis. The current work presents a protocol combining sample preparation and extraction of small molecules on-site, immediately after tumor resection. The sampling device, which is of the size of an acupuncture needle, can be inserted directly into the tissue and then transported to the nearby laboratory for instrumental analysis. The results of metabolomics and lipidomics analyses demonstrate the capability of the approach for the establishment of phenotypes of tumors related to the histological origin of the tumor, malignancy, and genetic mutations, as well as for the selection of discriminating compounds or potential biomarkers. The non-destructive nature of the technique permits subsequent performance of routinely used tests e.g., histological tests, on the same samples used for SPME analysis, thus enabling attainment of more comprehensive information to support personalized diagnostics.

The manuscript presents on-site sampling of human brain tumors with solid phase microextraction followed by their biochemical profiling towards the discovery of biomarkers.

メタボロミクス解析とリピドミクス解析のための脳腫瘍の現場でのサンプリングと抽出

Despite the variety of tools available for cancer diagnosis and classification, methods that enable fast and simple characterization of tumors are still ...

An In Vitro Hemodynamic Loop Model to Investigate the Hemocytocompatibility and Host Cell Activation of Vascular Medical Devices

In this study, the hemocompatibility of tubes with an inner diameter of 5 mm made of polyvinyl chloride (PVC) and coated with different bioactive conjugates was compared to uncoated PVC tubes, latex tubes, and a stent for intravascular application that was placed inside the PVC tubes. Evaluation of hemocompatibility was done using an in vitro hemodynamic loop model that is recommended by the ISO standard 10993-4. The tubes were cut into segments of identical length and closed to form loops avoiding any gap at the splice, then filled with human blood and rotated in a water bath at 37 &#176;C for 3 hours. Thereafter, the blood inside the tubes was collected for the analysis of whole blood cell count, hemolysis (free plasma hemoglobin), complement system (sC5b-9), coagulation system (fibrinopeptide A), and leukocyte activation (polymorphonuclear elastase, tumor necrosis factor and interleukin-6). Host cell activation was determined for platelet activation, leukocyte integrin status and monocyte platelet aggregates using flow cytometry. The effect of inaccurate loop closure was examined with x-ray microtomography and scanning electron microscopy, that showed thrombus formation at the splice. Latex tubes showed the strongest activation of both plasma and cellular components of the blood, indicating a poor hemocompatibility, followed by the stent group and uncoated PVC tubes. The coated PVC tubes did not show a significant decrease in platelet activation status, but showed an increased in complement and coagulation cascade compared to uncoated PVC tubes. The loop model itself did not lead to the activation of cells or soluble factors, and the hemolysis level was low. Therefore, the presented in vitro hemodynamic loop model avoids excessive activation of blood components by mechanical forces and serves as a method to investigate in vitro interactions between donor blood and vascular medical devices.

Presented here is a protocol for a standardized in vitro hemodynamic loop model. This model allows to test the hemocompatibility of perfusion tubes or vascular stents to be in accordance with ISO (International Organization for Standardization) standard 10993-4.