쥐 폐내 기관 이식: 폐 이식 후 폐쇄성 기도 질환을 조사하기 위한 모델

요약

쥐 폐내 기관 이식(IPTT) 모델은 폐 이식 후 폐쇄성 기도 질환(OAD)을 연구하는 데 유용합니다. 높은 재현성으로 동종 이식 후 기도 소멸에서 폐 특이적 면역학적 및 혈관 형성 거동에 대한 통찰력을 제공합니다. 여기에서는 IPTT 절차와 예상 결과에 대해 설명합니다.

초록

쥐 폐내 기관 이식(IPTT)은 폐 이식 후 소멸성 기도 질환(OAD)의 모델로 사용됩니다. 우리 팀이 처음 보고한 이 모델은 면역학적 행동 및 치료 개입을 조사하기 위한 높은 기술적 재현성과 적합성으로 인해 OAD 연구에 사용되었습니다.

IPTT 모델에서는 설치류 기관 이식편이 흉막을 통해 수혜자의 폐에 직접 삽입됩니다. 이 모델은 이식편을 피하 또는 구강 부위에 이식하는 이종성 기관 이식(HTT) 모델 및 기증자 기관이 수혜자의 기관을 대체하는 기립성 기관 이식(OTT) 모델과 구별됩니다.

IPTT 모델을 성공적으로 구현하려면 고급 마취 및 수술 기술이 필요합니다. 마취 기술에는 수혜자의 기관 내 삽관, 적절한 환기 매개변수 설정, 마취 회복 후 적절한 시기의 발관이 포함됩니다. 수술 기술은 폐 내 이식편을 정밀하게 배치하고 내장 흉막을 효과적으로 밀봉하여 공기 누출 및 출혈을 방지하는 데 필수적입니다. 일반적으로 학습 과정은 약 2개월이 걸립니다.

HTT 및 OTT 모델과 달리 IPTT 모델에서 동종이식 기도는 관련 폐 미세환경에서 기도 소실을 일으킵니다. 이를 통해 조사관은 폐 이식 후 기도 소실과 관련된 폐 특이적 면역학적 및 혈관 신생 과정을 연구할 수 있습니다. 또한 이 모델은 인간 폐 동종이식편에서도 볼 수 있는 3차 림프 기관(TLO)을 나타낸다는 점에서 독특합니다. TLO는 T 및 B 세포 집단으로 구성되며 면역 세포 모집을 지시하는 높은 내피 정맥의 존재를 특징으로 합니다. 따라서 이식 수용 및 거부에 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다. 우리는 IPTT 모델이 폐 이식 동종이식편에서 기도 소멸 발달에 관여하는 폐내 면역 및 섬유화 경로를 연구하는 데 유용한 도구라는 결론을 내렸습니다.

서문

폐 이식은 말기 호흡기 질환 환자에게 효과적인 치료법으로 확립되었습니다. 그러나 인간 폐 이식 환자의 평균 생존율은 약 6년에 불과하며, 폐쇄성 기도 질환(OAD)의 일종인 폐쇄성 세기관지염(OB)의 발병이 이식 후 1년 후 주요 사망 원인이다¹.

OAD의 기전을 조사하기 위해 여러 동물 모델이 활용되었습니다. 그러한 모델 중 하나는 이종성 기관 이식(HTT) 모델²입니다. 이 모델에서는 기관 이식편이 수혜자의 피하 조직 또는 망막에 이식됩니다. 허혈로 인한 기관 이식편 상피 세포의 손실이 발생하고, 이어서 동종 림프구 침윤 및 기증자 상피 세포의 세포 사멸이 발생합니다. 섬유아세포(Fibroblast)와 근섬유아세포(myofibroblast)는 기관 주위를 이동하며 세포외 기질을 생성합니다. 마지막으로, 기도 내강의 완전한 섬유성 소실이 발생합니다. HTT 모델은 기술적으로 간단하고, in vivo 환경을 제공하며, 높은 재현성을 제공합니다.

OAD를 연구하기 위한 또 다른 모델은 생리적 환기를 유지하기 위해 기관 이식편을 수혜자의 기관에 삽입하는 쥐 기형외과 기관 이식(OTT) 모델이다³. 이 모델에서 허혈로 인한 기증자 상피 세포의 고갈은 기관 내의 수용자 상피 세포로 대체되어 중등도의 섬유증을 동반하는 막히지 않은 기도를 형성합니다. 이러한 모델은 폐 이식 후 기도 소실에 대한 이해에 기여했지만, 폐 실질 미세환경의 재현 측면에서는 한계가 있습니다.

우리 연구팀은 기관 이식편을 수혜자 폐에 이식하는 쥐 폐내 기관 이식(IPTT) 모델을 도입했습니다⁴(그림 1). IPTT 모델은 폐 미세환경 내에서 발생하는 기도 내강의 섬유성 소실을 나타냅니다. 또한, 쥐 IPTT 5,6,7,8,9,10보다 기술적으로 더 까다로운 마우스에 성공적으로 적용되었습니다. 쥐 IPTT 모델의 이러한 적응을 통해 형질전환 마우스를 사용한 폐 이식 후 OAD의 폐 면역학적 환경의 복잡한 세부 사항을 더 깊이 탐구할 수 있었습니다.

IPTT 모델에는 몇 가지 고유한 기능이 있습니다. 하나는 신생혈관신생(neoangiogenesis)으로, 폐순환에 의해 촉진되며 기도 소실에 중요한 역할을 한다 ^4,10. 또한 IPTT 모델은 림프 응집체를 나타내며, 그 중 일부는 말초 노드 주소를 발현하는 높은 내피 정맥을 가지고 있어 3차 림프 기관(TLO)임을 나타냅니다.^7,8. TLO는 림프절과 유사하며 T 세포, B 세포 및 종종 여포 수지상 세포를 동반하는 생식 센터로 구성됩니다^11,12. TLO는 기도 소실을 포함한 다양한 만성 염증성 질환에서 보고되었으므로, IPTT 모델은 기도 소실에서 TLO의 역할을 조사하는 데 적합하다 7,8,11,12,13. 이 논문은 연구자들이 이 모델에 익숙해지고 폐 이식 후 기도 소실에 대한 추가 연구를 용이하게 하는 것을 목표로 쥐 IPTT 모델의 방법론을 제시합니다.

프로토콜

모든 동물은 캐나다 동물 관리 위원회(Canadian Council on Animal Care)가 실험 동물의 관리 및 사용 가이드(Guide to the Care and Use of Experimental Animals)에 제시한 지침에 따라 치료되었습니다. 실험 프로토콜은 토론토 종합 병원 연구소 (Toronto General Hospital Research Institute)의 동물 관리 위원회 (Animal Care Committee), 대학 건강 네트워크 (University Health Network)의 승인을 받았습니다.

1. 기증자 수술

참고: BALB/c 마우스는 실험을 위한 기증자의 예로 사용됩니다. 모든 절차는 멸균 기술을 사용하여 수행해야 합니다.

1. 시술 전에 각 마우스의 무게를 기록하십시오.
2. CO2 챔버를 사용하여 마우스를 안락사시킵니다.
3. 사망이 확인되면 마우스를 누운 자세로 놓고 팔다리를 테이프로 고정합니다.
4. 수술 부위를 70% 이소프로필 알코올로 소독하여 준비합니다.
   참고: 필요한 경우 지역 동물 윤리 위원회의 권고에 따라 절개 부위에서 털을 잘라냅니다.
5. 복부 중간에서 시작하여 자궁경부 앞쪽까지 이어지는 피부의 정중선을 절개합니다.
6. 지방 패드를 조심스럽게 집어넣고, 스트랩 근육을 옆으로 움직이고, 주변 결합 조직에서 기관을 분리하여 기관에 접근합니다. 집게를 사용하여 기관과 식도 사이에 공간을 만듭니다.
7. xiphoid를 들어 올리고 다이어프램을 자릅니다.
8. 흉골을 들어 올리고 지혈제를 삽입하여 흉골에서 목 부위까지 명확한 경로를 확보합니다. 양쪽의 흉곽을 고정하고 흉골을 절단하여 목 근육을 통해 위로 뻗습니다.
9. 흉선과 기관을 막고 있는 지방이나 근육을 제거하여 기관 분기를 노출시킵니다.
10. 주요 기관지를 모두 자르고 기도와 식도를 조심스럽게 분리합니다.
11. 후두를 잘라 제거한다.
12. 절개된 기관에 멸균 식염수 또는 보존액에 적신 멸균 거즈와 함께 멸균 식염수 또는 보존액을 뿌리고 얼음 위에 올려 생존력을 보존합니다.

2. 이식자 수술

참고: C57BL/6 마우스는 실험 수신자의 예로 사용됩니다.

1. 수술 당일 아침에 서방형 부프레노르핀을 1mg/kg의 용량으로 피하 투여합니다.
2. 5% 이소플루란을 사용하여 유도 챔버에서 마취를 유도합니다.
3. 쥐를 가볍게 마취한 후 자일라진 0.1mg/g과 케타민 0.01mg/g으로 구성된 칵테일을 복강내로 주입합니다.
4. 2-3% 이소플루란이 유지된 상태에서 마우스를 유도 챔버로 되돌립니다.
5. 수술 부위의 털을 면도하십시오. 또한 7mg/kg의 용량으로 계획된 인시션 부위를 따라 라인 블록으로 bupivacaine을 투여합니다.
6. 구강 기관 삽관 전에 발가락 꼬집음에 대한 반사 반응이 없는지 확인합니다. 20G 정맥 카테터를 사용하여 마우스를 구강 기관으로 삽관하고 일회 호흡량 500μL, 호흡수 120bpm, 산소 100% 및 이소플루란 2%의 인공호흡기에 연결합니다. 클램프가 있는 스탠드를 사용하십시오.amp 혀에 적용되어 목을 뻗은 상태에서 동물을 수직 위치로 잡고 이 절차를 용이하게 합니다.
7. 가열 패드를 활성화하고 머리는 외과 의사에게서 멀어지고 꼬리는 외과 의사를 향하도록 하여 마우스를 패드 상단의 오른쪽 측면 위치에 놓습니다(그림 2). 테이프로 팔다리를 고정합니다. 마취 상태에서 건조함을 방지하기 위해 눈에 수의학 연고를 바르십시오.
8. 수술 부위를 7.5% 포비돈 요오드로 문지르고 70% 이소프로필 알코올로 소독한 다음 10% 포비돈 요오드로 다시 문지릅니다. 멸균 수술용 드레이프를 적용하여 수술 부위를 덮습니다.
9. 이 시간 동안 기증자 기관을 16G 정맥 카테터에 로드합니다(그림 3C,D).
10. 메스를 사용하여 받는 사람의 피부를 절개하고 근육과 결합 조직을 소작합니다.
11. 다섯 번째 또는 여섯 번째 늑간 공간을 열고 두 개의 견인기를 사용하여 흉곽을 열린 상태로 유지합니다.
12. 면봉과 가위를 사용하여 하부 폐 인대를 절개합니다.
13. 기증자 기관을 위한 경로 생성을 시뮬레이션합니다(그림 3G,H).
14. 왼쪽 폐의 팽창을 촉진하기 위해 3방향 마개로 인공호흡기 유출 튜브를 부분적으로 막아 고정합니다.
15. 20G 바늘로 왼쪽 폐를 찔러 통로를 만듭니다. 천자 깊이가 기관 동종 이식편의 길이와 거의 동일한지 확인합니다. 폐 가장자리의 천자 부위를 선택하고( 그림 3I 참조) 경로가 탁상과 평행하도록 합니다( 그림 3J에서 파란색 원으로 표시).
    참고: 위쪽 삽입 각도는 흉막층의 침투를 초래하는 반면, 더 깊은 각도는 주요 혈관에서 출혈을 유발할 수 있습니다( 그림 3J에서 빨간색 십자로 표시).
16. 16G 정맥 카테터를 왼쪽 폐에 삽입하고 기증자 기관을 왼쪽 폐로 압출합니다. 기관 동종이식을 삽입한 후 3방향 마개를 풀어 유출 튜브를 통해 호기 흐름이 방해받지 않도록 합니다.
17. 클립으로 흉막 주사 부위를 닫습니다(그림 3K,L). 클립을 천자 부위에 정확하게 배치하고 가장자리가 폐 가장자리의 윤곽과 일치하도록 정렬합니다(그림 3L에서 파란색 원으로 표시).
    알림: 클리핑 부위의 위치가 잘못되면 밀봉이 비효율적이며 공기 누출이 발생할 수 있으며 클립 깊이가 충분하지 않으면 수술 후 클립이 분리될 수 있습니다( 그림 3L의 빨간색 십자가 참조).
18. 흉강에 식염수를 채우고 거즈로 식염수를 흡수합니다.
19. 왼쪽 폐를 다시 부풀리고 러닝 봉합 기술을 사용하여 갈비뼈를 닫습니다.
20. 봉합사로 근육과 피부를 닫습니다.
21. 수술 종료 시 멜록시캠 진통제를 5mg/kg의 용량으로 피하 투여합니다.
22. 수신자 마우스가 깨어날 때까지 관찰합니다. 그런 다음 기관 튜브를 제거하고 이식 마우스를 케이지에 넣습니다.
    알림: 받는 마우스는 개별적으로 보관해야 합니다.
23. 멜록시캄(5mg/kg)을 수술 후 24시간 후부터 피하주사를 통해 1일 1회 투여하고 수술 후 3일간 계속 투여합니다.

3. 수용 마우스의 샘플 수집

1. 5% 이소플루란을 사용하여 유도 챔버에서 마취를 유도합니다.
2. 구강 기관 삽관 전에 발가락 꼬집음에 대한 반사 반응이 없는지 확인합니다. 삽관 방법과 인공호흡기 설정은 이식자 수술과 동일합니다.
3. 마우스를 누운 자세로 놓고 팔다리를 고정합니다.
4. 수술 부위를 70% 이소프로필 알코올로 소독하여 준비합니다.
5. 복부 중간에서 시작하여 자궁경부 앞쪽까지 이어지는 피부의 정중선을 절개합니다.
6. 25G 바늘에 연결된 1ml 주사기를 사용하여 하대정맥을 통해 쥐를 절제하여 안락사시킵니다.
7. 흉부를 열고 기증자 마우스와 같은 방식으로 기관에 접근합니다. 삽관 튜브 주위의 기관을 7-0 실크로 묶습니다.
8. 흉선, 지방, 근육을 제거하여 심장을 노출시킵니다.
9. 좌심방, 우심방, 하대정맥을 절단합니다. 우심실을 통해 멸균 식염수 3mL를 폐에 관류합니다.
10. 조직학적 분석을 위해 삽관 튜브를 통해 10% 포르말린으로 폐를 팽창시킵니다.
11. 환기 튜브를 발관하고 7-0 실크로 기관을 묶습니다.
12. 후두와 식도를 나눕니다. 아래쪽 방향으로 당긴 다음 심장과 폐 차단을 추출하여 10% 포르말린에 넣습니다.

결과

경험에 비추어 볼 때, 이 모델에 능숙하려면 일반적으로 약 2개월의 교육이 필요합니다. 숙련도가 달성되면 기증자 절차에는 일반적으로 15분이 소요되는 반면 수혜자 절차에는 약 30분이 소요됩니다. 숙련된 작업자의 예상 사망률은 0%입니다.

그림 4A에서 기관 동종이식편은 섬유아세포 조직으로 완전히 막혀 있으며 상피세포가 눈에 띄게 파괴되어 있습?...

토론

murine IPTT 절차에는 중요한 단계가 포함됩니다. 마취와 관련하여 가장 중요한 첫 번째 단계는 기관내 삽관입니다. 성대를 시각화하고 즉각적인 삽관을 용이하게 하기 위해 다리를 테이블 위에 놓고 마우스를 적절한 높이로 유지하는 것이 중요합니다. 또한 신중한 호흡량과 호기말 양압(PEEP) 조절이 필요합니다. 전형적으로, 500 μL의 호흡량과 2_cmH2O의 PEEP는 25-30 g의 마우스에 충분합니다. 그?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
BALB/cJ	The Jackson Laboratory	8-10 weeks 25-30 g	Male, Donor
BD 1 mL Syringe	Becton Dickinson	309659
BD PrecisionGlide Needle Aiguile BD PrecisionGlide	Becton Dickinson	305122
Bovie Change-A-Tip Deluxe High-Temperture	Bovie	DEL1
C57BL/6J	The Jackson Laboratory	8-10 weeks 25-30 g	Male, Recipient
Dumont #5/45 Forceps	F·S·T	11251-35
Ethicon Ligaclip Multiple -Clip Appliers-	Ethicon	LX107
Extra Fine Graefe Forceps	F·S·T	11150-10
Glover Bulldog Clamp	Integra	320-127
Halsted-Mosquito Hemostats	F·S·T	13009-12
Horizon Titanium Ligating Clips	Teleflex	001201
Leica M651 Manual surgical microscope for microsurgical procedures	Leica
Magnetix Fixator with spring lock	CD+ LABS	ACD-001
Microsurgical Scissor	Jarit	277-051
Mouse and Perinatal Rat Ventilator Model 687	Harvard	55-0001
Perfadex Plus	XVIVO	19850
Retractor Tip Blunt - 2.5 mm	CD+ LABS	ACD-011
small animal table	CD+ LABS	ACD-003
Surgipro Blue 24" CV-1 Taper, Double Armed	Covidien	VP702X
Systane ointment	Alconn	1444062
System Elastomer	CD+ LABS	ACD-007
Terumo Surflo IV Catheter, 20 G x 1 in	Terumo Medical Corporation	SR-OX2025CA
VMT table Top	benson	91803300