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#Neues aus der Industrie
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Anwendungen des Ganzkörperplethysmographen bei Sepsis
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Sepsis kann zu ARDS führen, und das WBP als wichtiges Instrument zur Prüfung der Lungenfunktion wird häufig in Tierversuchen eingesetzt.
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1. Hintergrund Einführung der Sepsis
Die Sepsis ist eine schwere systemische Reaktion, die durch eine bakterielle Infektion ausgelöst wird, aber auch durch Infektionen mit Viren, Pilzen oder anderen Krankheitserregern verursacht werden kann. Sie kann zu Organdysfunktion, unzureichender Gewebedurchblutung und abnormalem Zellstoffwechsel führen. Wenn die Reaktion des Körpers auf eine Infektion außer Kontrolle gerät und beginnt, das eigene Gewebe und die Organe zu schädigen, kommt es zur Sepsis. Sie kann rasch zu einer schweren Sepsis mit akuter Organdysfunktion fortschreiten und sich sogar zu einem septischen Schock entwickeln, der durch einen erheblichen Blutdruckabfall und die Unfähigkeit gekennzeichnet ist, trotz Flüssigkeitsreanimation einen ausreichenden Blutfluss zu den lebenswichtigen Organen aufrechtzuerhalten. Häufige Infektionsquellen sind Lungeninfektionen (z. B. Lungenentzündung), Harnwegsinfektionen, intraabdominale Infektionen (z. B. ein perforierter Blinddarm), Hautinfektionen usw. Jede Art von Infektion kann unter geeigneten Bedingungen eine Sepsis auslösen.
Mit dem Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) kann die Atmungsfunktion von Versuchstieren überwacht werden, die wach sind, sich frei bewegen, nicht gefesselt und nicht betäubt sind, und es kann eine Hyperreaktivität der Atemwege festgestellt werden. Es vermeidet die Auswirkungen eines traumatischen Luftröhrenschnittes und einer Narkose. Die Tiere können nach dem Versuch überleben, was es zu einer idealen Versuchsmethode für Langzeit-Follow-up-Studien macht. Es können mehrere Tiere gleichzeitig getestet werden, was es zur besten Wahl für Screening-Experimente macht.
Das WBP-System kann in der Sepsisforschung eingesetzt werden und eignet sich auch besonders gut für Hochdurchsatzstudien wie das primäre Screening von Arzneimitteln, pharmakologische und Wirksamkeitsanalysen und toxikologische Analysen sowie für Langzeit-Follow-up-Studien. Die mit diesem System gemessenen Atmungsparameter, einschließlich Atemfrequenz, Tidalvolumen, Atemminutenvolumen, Spitzenexspirationsfluss, Spitzeninspirationsfluss, Exspirationszeit, Inspirationszeit und das Verhältnis der Spitzenexspirationsflusszeit (Rpef), weisen eine hohe Korrelation mit den Ergebnissen klassischer Lungenfunktionstests auf.
2. Häufig verwendete Sepsis-Modelle der Maus
2.1 Zökal-Ligatur- und Perforationsmodell (CLP):
Dies ist eines der am häufigsten verwendeten Tiermodelle für Sepsis. Es induziert eine intraperitoneale Infektion durch chirurgische Teilligatur und Perforation des Zökums und simuliert so eine durch eine intraabdominale endogene Infektion beim Menschen verursachte Sepsis. Das CLP-Modell gilt als der klinischen Situation der Sepsis sehr ähnlich, da es eine komplexe Mischung von Krankheitserregern und die fortschreitende Entwicklung einer Funktionsstörung mehrerer Organe beinhaltet.
2.2 Lipopolysaccharid (LPS)-Injektionsmodell:
LPS ist der Hauptbestandteil der äußeren Membran der Zellwand von gramnegativen Bakterien. Die intravenöse oder intraperitoneale Injektion von LPS kann eine systemische Entzündungsreaktion hervorrufen, die der menschlichen Sepsis ähnelt. Obwohl dieses Modell einfach zu handhaben ist, verursacht es hauptsächlich eine akute Entzündungsreaktion und weist nicht die typischen mehrstufigen Merkmale einer Sepsis auf.
2.3 Bakterielles Inokulationsmodell:
Injektion bestimmter Arten lebender Bakterien (wie Escherichia coli, Staphylococcus aureus usw.) direkt in den Körper des Tieres, um eine lokale oder systemische Infektion auszulösen, die sich dann zur Sepsis entwickelt. Mit dieser Methode lässt sich der Schweregrad der Krankheit durch die Auswahl verschiedener Bakterientypen und Dosierungen je nach Bedarf anpassen.
2.4 Intratracheales Instillationsmodell:
Die intratracheale Instillation von Bakterien oder deren Produkten (wie LPS) wird zur Simulation einer durch eine Lungeninfektion verursachten Sepsis verwendet. Diese Methode eignet sich besonders für die Untersuchung von Sepsis im Zusammenhang mit Lungenentzündung.
3. Das Modell des akuten Atemnotsyndroms (ARDS) in Verbindung mit einer Sepsis bei Mäusen wird durch die Methode der Zökal-Ligatur und Perforation (CLP) erzeugt. Die spezifischen Schritte sind wie folgt:
Vorbereitung der Versuchstiere: Auswahl gesunder männlicher C57BL/6-Mäuse im Alter von 6-8 Wochen mit einem Gewicht von 22 ± 2 g.
Anästhesie-Behandlung: Betäuben Sie die Mäuse mit Isofluran.
Chirurgischer Eingriff: Nach dem Einsetzen der Narkose wird das Zäkum der Maus freigelegt. Ligieren Sie den Blinddarm etwa 1 cm vom Ende des Blinddarms entfernt. Dann punktieren Sie das Zäkum mit einer 16er-Nadel 0,5 cm vom Ende des Zäkums entfernt. Nach Abschluss der oben genannten Operationen wird der Einschnitt Schicht für Schicht vernäht.
Postoperative Wiederbelebung: Nach der Operation helfen Sie den Mäusen, sich zu erholen, indem Sie 0,5 ml vorgewärmte sterile Kochsalzlösung subkutan auf den Rücken der Mäuse injizieren.
Einrichten der Kontrollgruppe: Bei den Mäusen der Kontrollgruppe wird das Zökum nicht ligiert oder perforiert, und die übrigen chirurgischen Eingriffe sind die gleichen wie bei der Modellgruppe.
Verabreichung des Medikaments: Unmittelbar nach dem Aufbau des Modells wird den Mäusen der GL + CLP-Gruppe Glycyrrhizinsäure (GL, 15mg/kg) intraperitoneal injiziert. Die GL ist in 200 μl des Lösungsmittels (2% DMSO + 40% peg300 + 5% Tween80 + 53% ddh2O) aufgelöst.
Nachweis der Lungenfunktion: Führen Sie 16-20 Stunden nach der Operation eine Lungenfunktionsbestimmung an den Mäusen der Modellgruppe und der Blindgruppe durch.
Probenentnahme: Entnehmen Sie die erforderlichen Proben 24 Stunden nach der Operation.
4. Methoden zur Bewertung der Sepsis
4.1 Beobachten Sie die 7-Tage-Überlebensrate:
Die Bewertung erfolgt durch Beobachtung und Aufzeichnung des Überlebensstatus der Mäuse innerhalb von 7 Tagen. Die Überlebensrate der Mäuse in der CLP-Gruppe ist niedrig. 80 % der Mäuse überleben nach 24 Stunden, aber nur 10 % überleben nach 7 Tagen, und nach 72 Stunden gibt es keine Todesfälle mehr. Die 24-Stunden-Überlebensrate der GL+CLP-Gruppe liegt dagegen bei 85 %, die 7-Tage-Überlebensrate bei 40 %, und nach 42 Stunden gibt es keine Todesfälle mehr. Die Überlebensrate liegt deutlich unter dem Normalwert, was mit den Merkmalen einer schweren Sepsis und einer hohen Sterblichkeitsrate übereinstimmt und indirekt die erfolgreiche Etablierung des Modells widerspiegelt.
4.2 Pathologische Untersuchung des Lungengewebes:
Führen Sie eine Hämatoxylin-Eosin (HE)-Färbung des Mäuselungengewebes durch, beobachten Sie die pathologischen Veränderungen des Lungengewebes und berechnen Sie den Lungenverletzungs-Score. Im Vergleich zur Kontrollgruppe ist das Lungengewebe der Mäuse in der CLP-Gruppe stark geschädigt. Die Alveolarstruktur ist zerstört, das pulmonale Interstitium ist deutlich verdickt, begleitet von Blutungen und einer großen Anzahl entzündlicher Zellinfiltrationen, und der Lungenverletzungs-Score ist deutlich erhöht. Diese pathologischen Merkmale stimmen mit einem durch Sepsis ausgelösten ARDS überein, was auf die erfolgreiche Etablierung des Modells hinweist.
4.3 Bestimmung des Feucht/Trocken-Verhältnisses (W/D) des Lungengewebes und der Proteinkonzentration in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF):
Das W/D-Verhältnis der Lunge und die Proteinkonzentration in der BALF der Mäuse in der CLP-Gruppe steigen deutlich an. Diese beiden Indikatoren sind wichtige Hinweise auf die Schädigung der alveolar-kapillaren Barriere und die erhöhte Durchlässigkeit des Lungengewebes während des ARDS. Die Veränderungen dieser Indikatoren deuten darauf hin, dass die Modellmäuse ähnliche pathologische Veränderungen wie beim ARDS aufweisen, was die erfolgreiche Etablierung des Sepsismodells unterstützt.
4.4 Nachweis der Bildung von neutrophilen extrazellulären Fallen (NETs) im Lungengewebe:
Nachweis des Gehalts an Cit-H3 (einem Marker für NETs) im Lungengewebe durch Immunfluoreszenzfärbung. Der Gehalt an Cit-H3 im Lungengewebe der Mäuse in der CLP-Gruppe ist höher als in der Kontrollgruppe, was bedeutet, dass die Bildung von NETs zunimmt. Da NETs mit dem Fortschreiten der Sepsis in Zusammenhang stehen, deutet die Zunahme ihrer Menge darauf hin, dass bei den Mäusen eine sepsisbedingte Immunreaktion stattgefunden hat, was einer der Beweise für die erfolgreiche Etablierung des Modells ist.
4.5 Nachweis der Expression von Proteinen und Genen in den entsprechenden Signalwegen:
Verwenden Sie Western Blot und quantitative Echtzeit-PCR, um die Protein- und Genexpression von HMGB1, TLR9, MyD88 und IL6 im Lungengewebe zu bestimmen. Die Expression dieser Moleküle ist in der CLP-Gruppe deutlich erhöht. Sie sind an der Regulierung der Entzündungsreaktion und der Bildung von NETs bei Sepsis beteiligt, und die Veränderungen in ihrer Expression stimmen mit dem pathologischen Mechanismus der Sepsis überein, was die erfolgreiche Etablierung des Modells weiter bestätigt.
4.6 Bewertung der Lungenfunktion：
Die Lungenfunktion der Mäuse kann mit dem von TaWang Technology entwickelten Ganzkörperplethysmographiesystem ermittelt werden. Viele Lungenfunktionsindikatoren der Mäuse in der CLP-Gruppe verändern sich signifikant im Vergleich zu denen der Kontrollgruppe. So nehmen beispielsweise F, Vt und MV, die die alveoläre Ventilation widerspiegeln, ab, was auf eine Verringerung der alveolären Ventilation hindeutet; PIF, PEF und Rpef, die die Stärke der Atemmuskulatur und die Obstruktion der kleinen Atemwege widerspiegeln, nehmen ab, was auf eine Ermüdung der Atemmuskulatur und eine Einschränkung des Luftstroms hindeutet; Ti und Te sind verlängert, was auf das Vorhandensein einer Atemwegsobstruktion oder eines Lungenödems hindeutet; EF50 nimmt zu und Tr ist verlängert, was auf eine Zunahme des Atemwegswiderstands hindeutet. Diese Veränderungen der Lungenfunktion stimmen mit den Merkmalen eines durch Sepsis ausgelösten ARDS überein, was auf die erfolgreiche Etablierung des Modells hinweist.
5. Tow-Int Tech - Ganzkörper-Plethysmographie-System, WBP
Das von Tow-Int Tech entwickelte Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) kann die Atmungsparameter von wachen und sich frei bewegenden Tieren messen, wie z. B. Atemfrequenz, Atemzugvolumen und Airway Hyperresponsiveness (AHR)-Tests. Während des Tests können sich die Tiere in einem wachen und freien Zustand befinden, wodurch die Auswirkungen eines traumatischen Luftröhrenschnitts und einer Anästhesie vermieden werden, was den Versuchsprozess vereinfacht. Er wird für die Untersuchung der Reaktionsfähigkeit von Tieren in Atemwegsmodellen auf Medikamente und andere Substanzen sowie für pharmakologische und toxikologische Studien von Atemwegsmedikamenten verwendet. Es eignet sich besonders für schnelle primäre Screening-Tests an einer großen Anzahl von Tieren, für Langzeit-Follow-up-Studien und für wiederholte Screenings.
Anwendbare Tierspezies: Mäuse, junge Mäuse, Ratten, Meerschweinchen, Kaninchen, Hunde, Katzen, Miniaturschweine, Affen und andere Tiere.
Das Gerät ist mit einer Fütterungs- und Tränkvorrichtung ausgestattet, um Langzeitexperimente zu erleichtern.
Messkanäle: 1-64 Kanäle.
Automatische Bias-Flow-Kontrollfunktion.
Es kann mit einem hochfrequent oszillierenden Vernebelungssystem für Medikamente konfiguriert werden.
Es verfügt über eine spezielle Struktur zur Rauschunterdrückung, die die durch Umweltveränderungen verursachten Störungen wirksam reduzieren kann.
Es kann Bias-Flow-Meter Rauschunterdrückung durchführen, um das Signal-Rausch-Verhältnis des Signals zu verbessern und Systemrauschen zu reduzieren.
Es unterstützt den externen Anschluss von Stickstoff oder anderen Gasen, um hypoxische Experimente durchzuführen.
Es verfügt über eine Analysesoftware, und die Daten können im Excel- oder txt-Format gespeichert werden.
Die Software kann automatisch zwischen bis zu vier Kanälen mit verschiedenen Gasen umschalten und kann über einen externen Controller bedient werden.
Referenzen
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