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【Technical Review】Anwendung und Fallanalyse der Ganzkörperplethysmographie (WBP) in der Atemwegsforschung

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Atemmechanismen entschlüsseln: Wie die Ganzkörperplethysmographie (WBP) die Forschung mit Fallstudien unterstützt

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Einleitung:

Die Ganzkörperplethysmographie (WBP), eine nicht-invasive und effiziente Technologie zur Bewertung der Atemfunktion, wird in der Grundlagenforschung und der präklinischen Forschung zu Erkrankungen des Atmungssystems häufig eingesetzt. In diesem Artikel werden vier repräsentative Fälle vorgestellt, um systematisch die entscheidende Rolle der WBP bei der Erforschung von Asthma-Mechanismen, der allergischen Immuntherapie, der Entwicklung von antiviralen Medikamenten und bei Interventionsstudien bei akuten Lungenverletzungen zu demonstrieren. Diese Studien zeigen nicht nur die technischen Vorteile der WBP bei der Quantifizierung der Hyperreaktivität der Atemwege und der dynamischen Überwachung der Lungenfunktion, sondern liefern auch wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung gezielter therapeutischer Strategien. In Zukunft werden wir weitere Anwendungsfälle von WBP in verschiedenen Krankheitsmodellen vorstellen, um Innovation und Entwicklung auf dem Gebiet der Atemwegsforschung zu unterstützen.

Unser von Tow-Int Tech unabhängig entwickeltes Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) ermöglicht Lungenfunktions- und Atemwegsreaktivitätstests bei bewussten, sich frei bewegenden Kleintieren. Es macht einen invasiven Luftröhrenschnitt und eine Anästhesie überflüssig, wodurch der Versuchsprozess einfach und effizient wird und sich für Langzeitstudien eignet.

Während der Experimente wird das Tier in eine versiegelte Plethysmographie-Kammer gesetzt, die mit einem Sensor verbunden ist, der aus der Kammer herausführt. Wenn das Tier atmet, führt die Bewegung seiner Brusthöhle zu Veränderungen des Innenvolumens der Kammer. Diese Volumenänderungen werden über einen Druckwandler und einen Verstärker in elektrische Signale umgewandelt. Nach der Computerverarbeitung wird die Atemkurve auf dem Bildschirm angezeigt, und Parameter wie das Tidalvolumen (TV), der exspiratorische Spitzenfluss (PEF) und die Atemfrequenz können mit spezieller Software berechnet werden.

Das System kann mit einem Vernebler für die Verabreichung von Medikamenten in der Kammer erweitert werden, was die Erstellung von Modellen für Atemwegserkrankungen wie Husten und Asthma ermöglicht. Das WBP-System kann Veränderungen der Standard-Atmungsparameter und der Hyperreaktivität der Atemwege während der Provokation erkennen und aufzeichnen und so den Grad der Bronchokonstriktion bewerten.

Fall 1: Asthma-Forschung

Im Jahr 2024 veröffentlichten Kaimeng Liu et al. einen Artikel mit dem Titel "Trim27 aggravates airway inflammation and oxidative stress in asthmatic mice via potentiating the NLRP3 inflammasome" in der Zeitschrift International Immunopharmacology. Ziel der Studie war es, die Wirkung von Trim27 auf Asthmasymptome zu validieren und seine Rolle bei der Förderung der NLRP3-Inflammasom-Aktivierung aufzudecken. Nach der letzten Ovalbumin (OVA)-Probe wurde die Hyperreaktivität der Atemwege (AHR) bei Mäusen durch Verabreichung steigender Dosen von inhaliertem Methacholin untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit Trim27 short hairpin RNA (shRNA) behandelten asthmatischen Mäuse im Vergleich zu den mit lentiviralen Partikeln behandelten Mäusen niedrigere Lungenfunktionsindex-Penh-Werte aufwiesen, wie in Abbildung 2B dargestellt. Das experimentelle Verfahren nutzte das Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) von Tow-Int Tech zur umfassenden Erfassung der Atmungsparameter in den Versuchsgruppen, einschließlich der Penh-Werte.

Fall 2: Allergieforschung

Im April 2025 veröffentlichten K. Tabynov et al. in der Zeitschrift npj Vaccines eine Forschungsarbeit mit dem Titel "*Comparison of rArt v 1-based sublingual and subcutaneous immunotherapy in a murine model of asthma*". Die Forscher verwendeten das Ganzkörper-Plethysmographiesystem (WBP) von Tow-Int Tech, um eine umfassende Erfassung der Atmungsparameter bei den Versuchsgruppen durchzuführen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Atemwegswiderstand (Penh-Werte) in allen Gruppen der sublingualen Immuntherapie (SLIT) und der subkutanen Immuntherapie (SCIT) signifikant reduziert wurde und sich den Werten der negativen Kontrollgruppe annäherte.

Fall 3: Erforschung des Wirkstoff-Mechanismus

Forscher der Ocean University of China, darunter Yan Zhang et al., veröffentlichten einen Artikel mit dem Titel "Nobiletin, as a Novel PDE4B Inhibitor, Alleviates Asthma Symptoms by Activating the cAMP-PKA-CREB Signaling Pathway" in Molecular Science. In der Studie wurde das Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) zur Verfolgung der Behandlung bei Mäusen eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass Nobiletin (ein aus Zitrusfrüchten isoliertes Polymethoxyflavon, das für seine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Entzündungen, Tumorinvasion, Proliferation und Metastasenbildung in In-vitro- und Tierstudien bekannt ist) die Konzentration von Entzündungszellen und Zytokinen bei Mäusen deutlich reduzierte und die Hyperreaktivität der Atemwege verringerte. Darüber hinaus deckten die Forscher in umfangreichen Experimenten den Mechanismus von Nobiletin bei der Behandlung von Asthma auf: Es übt eine antiasthmatische Wirkung aus, indem es auf PDE4B abzielt und den cAMP-PKA-CREB-Signalweg aktiviert.

Fall 4: Akutes Lungenversagen (ALI) und akutes Atemnotsyndrom (ARDS)

Im Jahr 2024 untersuchten Forscher der Universität Nanjing, darunter Chen-Xiao Yan, Kena Sun und Xia Zhu, den Mechanismus, durch den Oligomere Proanthocyanidine (OPCs) die akute Lungenverletzung (ALI) über die Darm-Lungen-Achse lindern, indem sie die Bildung von extrazellulären Neutrophilenfallen (NET) und Entzündungsreaktionen hemmen. Der Artikel wurde im Journal of Functional Foods veröffentlicht. Während der Experimente verwendeten die Forscher das Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) von Tow-Int Tech, um lungenfunktionsbezogene Indikatoren in verschiedenen Modellgruppen von Mäusen zu ermitteln. Indem sie septischen Mäusen verschiedene Konzentrationen von OPC verabreichten, fanden sie heraus, dass 60 mg/kg OPC die Überlebensrate signifikant verbesserte. Im Vergleich zur LPS-Gruppe zeigten sich in der OPC-Vorbehandlungsgruppe weniger Lungenblutungen und -schwellungen sowie eine verbesserte Lungenfunktion, die sich in einer verkürzten Entspannungszeit und einem erhöhten Fluss in der Mitte der Atemwege manifestierte, was darauf hindeutet, dass OPC Lungenverletzungen lindern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Ganzkörperplethysmographiesystem (WBP) von Tow-Int Tech eine leistungsstarke Funktionalität und Anwendbarkeit in verschiedenen Studien zu Atemwegserkrankungen aufweist. Es liefert nicht nur präzise quantitative Indikatoren für die Hyperreagibilität der Atemwege und Veränderungen der Lungenfunktion, sondern bietet auch zuverlässige Anhaltspunkte für die Bewertung der Wirksamkeit von Medikamenten und die Optimierung von Behandlungsstrategien. Bleiben Sie dran für zukünftige Serieninhalte, in denen wir weitere Forschungsfälle und Anwendungsfortschritte von WBP in weiteren Bereichen, wie z. B. chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) und Lungenfibrose, vorstellen werden.