Name: a pleural effusion model in rats by intratracheal instillation of polyacrylate/nanosilica
Uploaded: 2019-04-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Pleural Effusion Model in Rats by Intratracheal Instillation of Polyacrylate/Nanosilica at JoVE.com

Den aktuella studien och produktion till denna artikel har finansierats genom den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (Grant 81773373, 81172614 och Grant 81441089). Vi tackar Dr. Jin Yan och Dr Pan Yujie, av avdelningen för akut, Beijing Chaoyang sjukhus, och Dr Qu Peng av Institutionen för ultraljud medicin, Beijing Chaoyang sjukhus för att hjälpa med video produktionen.

Studien följde riktlinjerna kapital Medical University (Beijing, PR China) för skötsel och användning av försöksdjur. Alla förfaranden godkändes av djur etiska kommittén för kapital medicinska universitet i Kina.
1. experimentella preparat
Obs: Acklimatiserar sig de kvinnliga specifikt patogenfria Wistar råttorna (vikt: 200 ± 10 g) till den experimentella miljön för en vecka före administrering (miljöförhållanden: ljus / mörker: 12h / 12h, temperatu...

<ol>
	<li>Stathopoulos, G. 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=Nuclear+factor-kappaB+affects+tumor+progression+in+a+mouse+model+of+malignant+pleural+effusion.">Nuclear factor-kappaB affects tumor progression in a mouse model of malignant pleural effusion.</a> American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 34 (2), 142-150 (2006).</li><li>Shen, 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+dosage-toxicity-efficacy+relationship+of+kansui+and+licorice+in+malignant+pleural+effusion+rats+based+on+factor+analysis.">The dosage-toxicity-efficacy relationship of kansui and licorice in malignant pleural effusion rats based on factor analysis.</a> Journal of Ethnopharmacology. 186, 251-256 (2016).</li><li>Nel, A., Xia, T., M&#228;dler, L., Li, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toxic+potential+of+materials+at+the+nanolevel.">Toxic potential of materials at the nanolevel.</a> Science. 311 (5761), 622-627 (2006).</li><li>Maynard, A. 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=Safe+handling+of+nanotechnology.">Safe handling of nanotechnology.</a> Nature. 444 (7117), 267-269 (2006).</li><li>Duan, 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=Toxic+effects+of+silica+nanoparticles+on+zebrafish+embryos+and+larvae.">Toxic effects of silica nanoparticles on zebrafish embryos and larvae.</a> PLoS One. 8 (9), 74606 (2013).</li><li>Skuland, T., Ovrevik, J., L&#229;g, M., Schwarze, P., Refsnes, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica+nanoparticles+induce+cytokine+responses+in+lung+epithelial+cells+through+activation+of+a+p38/TACE/TGF-&#945;/EGFR-pathway+and+NF-&#954;&#914;+signaling.">Silica nanoparticles induce cytokine responses in lung epithelial cells through activation of a p38/TACE/TGF-&#945;/EGFR-pathway and NF-&#954;&#914; signaling.</a> Toxicology and Applied Pharmacology. 279 (1), 76-86 (2014).</li><li>Oberd&#246;rster, G., Oberd&#246;rster, E., Oberd&#246;rster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotoxicology:+an+emerging+discipline+evolving+from+studies+of+ultrafine+particles.">Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles.</a> Environmental Health Perspectives. 113 (7), 823-839 (2005).</li><li>Song, Y., Li, X., Du, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exposure+to+nanoparticles+is+related+to+pleural+effusion,+pulmonary+fibrosis+and+granuloma.">Exposure to nanoparticles is related to pleural effusion, pulmonary fibrosis and granuloma.</a> European Respiratory Journal. 34 (3), 559-567 (2009).</li><li>Song, Y., 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=Nanomaterials+in+humans:+identification,+characteristics,+and+potential+damage.">Nanomaterials in humans: identification, characteristics, and potential damage.</a> Toxicologic Pathology. 39 (5), 841-849 (2011).</li><li>Zhu, X., 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=Polyacrylate/nanosilica+causes+pleural+and+pericardial+effusion,+and+pulmonary+fibrosis+and+granuloma+in+rats+similar+to+those+observed+in+exposed+workers.">Polyacrylate/nanosilica causes pleural and pericardial effusion, and pulmonary fibrosis and granuloma in rats similar to those observed in exposed workers.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 1593-1605 (2016).</li><li>Havelock, 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=Pleural+procedures+and+thoracic+ultrasound:+British+Thoracic+Society+Pleural+Disease+Guideline+2010.">Pleural procedures and thoracic ultrasound: British Thoracic Society Pleural Disease Guideline 2010.</a> Thorax. 65, 61-76 (2010).</li><li>Jha, A., Ullah, E., Gupta, P., Gupta, G., Saud, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sonography+of+multifocal+hydatidosis+involving+lung+and+liver+in+a+female+child.">Sonography of multifocal hydatidosis involving lung and liver in a female child.</a> Journal of Medical Ultrasound. 40 (4), 471-474 (2013).</li><li>Hikaru, N., 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=Histological+analysis+of+70-nm+silica+particles-induced+chronic+toxicity+in+rats.">Histological analysis of 70-nm silica particles-induced chronic toxicity in rats.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 72, 626-629 (2009).</li><li>Sun, 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=Cytotoxicity+and+mitochondrial+damage+caused+by+silica+nanoparticles.">Cytotoxicity and mitochondrial damage caused by silica nanoparticles.</a> Toxicology in Vitro. 25, 1619-1629 (2011).</li><li>Hikaru, N., 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=Silica+nanoparticles+as+hepatotoxicants.">Silica nanoparticles as hepatotoxicants.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 72, 496-501 (2009).</li><li>Liu, T. 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=Single+and+repeated+dose+toxicity+of+mesoporous+hollow+silica+nanoparticles+in+intravenously+exposed+mice.">Single and repeated dose toxicity of mesoporous hollow silica nanoparticles in intravenously exposed mice.</a> Biomaterials. 32, 1657-1668 (2011).</li><li>Ding, 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=Diseases+caused+by+silica:+Mechanisms+of+injury+and+disease+development.">Diseases caused by silica: Mechanisms of injury and disease development.</a> International Immunopharmacology. 2, 173-182 (2002).</li><li>Shen, 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+dosage-toxicity-efficacy+relationship+of+kansui+and+licorice+in+malignant+pleural+effusion+rats+based+on+factor+analysis.">The dosage-toxicity-efficacy relationship of kansui and licorice in malignant pleural effusion rats based on factor analysis.</a> Journal of Ethnopharmacology. 186, 251-256 (2016).</li><li>Ji, J. H., 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=Twenty-eight-day+inhalation+toxicity+study+of+silver+nanoparticles+in+Sprague-Dawley+rats.">Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nanoparticles in Sprague-Dawley rats.</a> Inhalation Toxicology. 19 (10), 857-871 (2007).</li></ol>

Ultraljud är det mest praktiska verktyget för att bestämma lungsjukdomar, på grund av dess utmärkta känslighet för den fri vätskan i Plura11. Det beror på att ultraljud kan omedelbart upptäcka kontrasten i akustiska impedansen av luft och vätska i lungan12. Dessutom är ultraljud mer flexibla i en liten djurets modell än CT. Dock luften i lungorna reflekteras ljudet våg och hindras från att observera intrapulmonell ändringarna efter nanopartiklar instillation...

Pleurautgjutning är en mycket vanlig klinisk manifestation av lungsjukdomar med en mängd olika orsaker. Att ha en användbar djur pleurautgjutning modell är mycket viktigt att studera dessa lungsjukdomar, rollerna för de två pleura membran-lagrarna, pleurautgjutning mekanismer och dess behandling. Vissa rapporterade dock pleurautgjutning modeller främst fokusera på de maligna pleurautgjutning eller biologiska faktorer i stället för nanopartiklarna i miljö1,2. Här introducerar vi en ny modell av pleuravätska som är enkel, säker och effektiv.
Med utvecklingen av nanoteknik och omfattande användning av nanoprodukterna finns det en oro över de potentiella riskerna av nanomaterial för miljön och människors hälsa3,4. Nanomaterial införa riskfaktorer och leda potentiellt till nya risker på arbetsplatsen eller genom förorening av miljön. In vitro och in vivo studier visar att nanomaterial kan resultera i skador på flera organ till lungorna, hjärtat, levern, njurarna, nervsystemet, samt och reproduktiv hälsa och immunförsvars5,6. Dessutom, rapporterade vissa studier att den specifika toxiciteten av nanomaterial var på grund av deras unika fysikalisk-kemiska egenskaper3,4,7.
Vi har rapporterat att en grupp av arbetstagare med exponering för nanomaterial kliniskt presenteras med pleurautgjutning och perikardiell utgjutning, lungfibros och granulom8,9. Kiseldioxid nanopartiklar isolerades i dessa patienters pleurautgjutning9. För att återskapa och verifierar den pleurautgjutning orsakas av den inhalerade nanopartiklar i mänskliga, utfört vi experimentet genom att ingjuta den polyakrylat/nanosilica (PA/NPSi) via luftvägarna hos råttor, som härmade människors andning i en verklig miljö, och fann att intratrakeal instillation av PA/NPSi kan resultera i pleuravätska hos råttor. Här introducerar vi hur man gör pleuravätska hos råttor vid intratrakeal instillation av PA/NPSi, och hur man isolera nanopartiklar i pleurautgjutning. Denna modell kan vara användbar för ytterligare studier av nanotoxikologi och pleurautgjutning sjukdomar.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:843px;" width="843">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Acuson S2000 Color Doppler ultrasound system</td>
			<td style="width:196px;">Siemens Medical Solutions, Mountain View ,CA</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td style="width:260px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">&#160;Polyacrylate/nanosilica</td>
			<td style="width:196px;">Fudan University,Shanghai, China</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>made by order with nanosilica(20&#177;5)nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10% chloral hydrate</td>
			<td style="width:196px;">Beijing Chemical Works</td>
			<td style="width:160px;">302-17-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Transmission electron microscope&#160;</td>
			<td style="width:196px;">JEM-1400Plus&#65292;JEOL Ltd., Japan.</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Light speed 16 spiral computed tomography</td>
			<td style="width:196px;">GE Healthcare, US</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Specific pathogen-free Wistar</td>
			<td style="width:196px;">Animal Center of Lianhelihua (Beijing, China)</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Wistar rats</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a pleural effusion model in rats by intratracheal instillation of polyacrylate/nanosilica

Pleurautgjutning är ett utbrett kliniska på många lungsjukdomar. Att ha en användbar djur pleurautgjutning modell är mycket viktigt att studera dessa lungsjukdomar. Tidigare pleurautgjutning modeller betalade mer uppmärksamhet till biologiska faktorer i stället för nanopartiklar i miljön. Här, införa vi en modell för att göra pleuravätska hos råttor vid intratrakeal instillation av polyakrylat/nanosilica, och en metod för nanopartiklar isolering i pleurautgjutning. Vid intratrakeal instillation av polyakrylat/nanosilica med koncentrationer av 3.125, 6,25 och 12,5 mg/kg∙mL, pleurautgjutning råttor fram dag 3, nådde på 6,25 och 12,5 mg/kg∙mL grupper, 7-10 dagar sedan sakta minskade och försvann på dag 14. När koncentrationen av polyakrylat/nanosilica ökade, är pleurautgjutning producerade mer och snabbare. Denna pleura vätska upptäcktes av ultraljudsundersökning eller CT bröstkorg skanning och bekräftas av dissekering av råttor. Kiseldioxid nanopartiklar observerades i råttornas pleurautgjutning av transmissionselektronmikroskop. Dessa resultat visade att exponering för polyakrylat/nanosilica leder till induktion av pleuravätska, som överensstämde med vår tidigare rapport hos människor. Dessutom, är denna modell fördelaktigt för ytterligare studier av nanotoxikologi och pleurautgjutning sjukdomar.

Med en bröstkorg ultraljud, hittade vi inga pleural utgjutningar på dag 1 i alla grupper. Men på dag 3 visades pleurautgjutning i grupperna 6,25 och 12,5 mg/kg∙mL. Utgjutning var just costal phrenic vinkeln, medan den perikardiell utgjutning bara presenteras i 12,5 mg/kg∙mL grupp. Dessutom på dag 7 upptäcktes både pleurautgjutning (Video 1) och perikardiell utgjutning (Video 2) i 6,25 mg/kg∙mL gruppen (figur 1). P...

Watch this Scientific Journal Video about A Pleural Effusion Model in Rats by Intratracheal Instillation of Polyacrylate/Nanosilica at JoVE.com

A Pleural Effusion Model in Rats by Intratracheal Instillation of Polyacrylate/Nanosilica

Här presenterar vi ett protokoll för att konstruera en pleurautgjutning modell hos råttor vid intratrakeal instillation av polyakrylat/nanosilica.

En pleurautgjutning modell hos råttor vid intratrakeal Instillation av polyakrylat/Nanosilica

Pleural effusion is a prevalent clinical finding of many pulmonary diseases. Having a useful animal pleural effusion model is very important to study ...

Denna metod kan ge insikt i toxiciteten hos nanomaterial och kan tillämpas för studier av lungtoxicitet. Denna teknik härleddes för att studera effekterna av polyakrylat/nanosilica-inducerad pleura-effusion. Innan instillationen påbörjas, sonikera en färsk, 10-milliliter, polyakrylat/nanosilica suspension i normal saltlösning i 20 till 30 minuter, följt av 10 minuter av virvlande, innan späda suspensionen till 3,125, 6,25, och 12,5 milligram per milliliter koncentrationer.Därefter bekräftar en brist på svar på tå nypa i en sövd råtta, och fixa framtänderna på djuret till styrelsen med en bit nylon sträng. Med hjälp av tång och en frontal låter, försiktigt öppna munnen för att visualisera sprickan i glottis, och sätt in ett fint rör i den bilaterala bronkerna. Därefter, ingjuta 0,5 milliliter av polyakrylaten/nanosilica partiklarna genom röret in i lungorna, och placera råttan i ryggläge med övervakning tills full återhämtning.På dag ett, tre, sju och 14 efter instillation, använd en elektrisk rakapparat för att ta bort håret från bröstet och övre delen av buken av varje sövd råtta, och placera råttan på monteringsplattan av ett ultraljudssystem med en linjär array givare i ryggläge. Applicera ultraljudsgel till den exponerade huden, och placera givaren på det intercostal utrymmet och subcostal området för att upptäcka pleuravätskan. För att upptäcka utgjutningen exakt, välj vänster och höger laterala positioner för att utföra en ultraljudsundersökning.På dag sju, både pleura-effusion och perikardiell effusion upptäcks i 6.25 milligram per kilogram per milliliter ingjutit grupp. På dag sju och 14, CT bröst skanningar av 12,5 milligram per kilo per milliliter ingjutit djur är onormala på trubbiga bakre costophrenic vinkel, antyder en liten mängd pleura effusion. Transmissionselektronmikroskopi av pleura-effusionsprover avslöjar nanosilika nanopartiklar individuellt och i kluster med en morfologi som överensstämmer med den som observerats för nanopartiklar inom den beredda suspensionen.Det viktigaste är att komma ihåg att visualisera sprickan i glottis och att sätta in ett fint rör i de bilaterala bronkerna. Nanopartiklarna kan också ingjutas genom inandning eller intravenös injektion, eftersom båda metoderna har utförts i tidigare studier. Denna teknik är användbar för att studera utvecklingen av pleura-effusion.

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel Surgical Approach for Intratracheal Administration of Bioactive Agents in a Fetal Mouse Model

A Novel kirurgisk metod för intratrakeal administrering av bioaktiva ämnen i fosterställning musmodell

Prenatal pulmonary delivery of cells, genes or pharmacologic agents could provide the basis for new therapeutic strategies for a variety of genetic and ...

A Contusion Model of Severe Spinal Cord Injury in Rats

En Contusion Modell av svår ryggmärgsskada hos råttor

The translational potential of novel treatments should be investigated in severe spinal cord injury (SCI) contusion models. A detailed methodology is ...

Intubation-mediated Intratracheal (IMIT) Instillation: A Noninvasive, Lung-specific Delivery System

Intubation-mediated Intratracheal IMIT Instillation: A Noninvasive, Lung-specific Delivery System

Intubation-medierad Intratrakeal (IMIT) Instillation: en icke-invasiv, Lung specifik Delivery System

Respiratory disease studies typically involve the use of murine models as surrogate systems. However, there are significant physiologic differences ...

Retroductal Submandibular Gland Instillation and Localized Fractionated Irradiation in a Rat Model of Salivary Hypofunction

Retroductal Submandibular Gland instillation och Lokaliserad Fraktionerad bestrålning i en råttmodell av saliv hypofunktion

Normal tissues that lie within the portals of radiation are inadvertently damaged. Salivary glands are often injured during head and neck radiotherapy. ...

A Model of Cardiac Remodeling Through Constriction of the Abdominal Aorta in Rats

En modell av hjärt ombyggnad Genom Förträngning av bukaorta hos råttor

Heart failure is one of the leading causes of death worldwide. It is a complex clinical syndromethat includes fatigue, dyspnea, exercise intolerance, and ...

A Model of Glaucoma Induced by Circumlimbal Suture in Rats and Mice

En modell av glaukom inducerad av Circumlimbal sutur i råttor och möss

The circumlimbal suture is a technique for inducing experimental glaucoma in rodents by chronically elevating intraocular pressure (IOP), a well-known ...

Inducing Acute Lung Injury in Mice by Direct Intratracheal Lipopolysaccharide Instillation

Inducera akut lung skada hos möss genom direkt Intratracheal Lipopolysaccharide instillation

Airway administration of lipopolysaccharide (LPS) is a common way to study pulmonary inflammation and acute lung injury (ALI) in small animal models. ...

Osteoarthritis Pain Model Induced by Intra-Articular Injection of Mono-Iodoacetate in Rats

Artros smärtmodell inducerad av intraartikulär injektion av monojodoacetat hos råttor

The current animal models of osteoarthritis (OA) can be divided into spontaneous models and induced models, both of which aim to simulate the ...

Intratracheal Instillation of Stem Cells in Term Neonatal Rats

Intratrakeal instillation av stamceller i term neonatal råttor

Prolonged exposure to high concentrations of oxygen leads to inflammation and acute lung injury, which is similar to human bronchopulmonary dysplasia ...

A Minimally Invasive Method for Intratracheal Instillation of Drugs in Neonatal Rodents to Treat Lung Disease

En minimalt invasiv metod för intratrakeal instillation av läkemedel hos neonatala gnagare för behandling av lungsjukdom

Treatment of neonatal rodent with drugs instilled directly into the trachea could serve as a valuable tool to study the impact of a locally administered ...