Vaststelling van een muis ernstig acuut pancreatitismodel met behulp van retrograde injectie van natrium taurocholaat in het biliopancreatische kanaal
Summary
Een muismodel van ernstige acute pancreatitis wordt hierin beschreven. De hier gepresenteerde procedure is zeer snel, eenvoudig en toegankelijk, waardoor de studie van de moleculaire mechanismen en verschillende therapeutische interventies bij acute pancreatitis op een handige manier mogelijk is.
Abstract
De prevalentie van acute pancreatitis (AP), met name ernstige acute pancreatitis (SAP), neemt jaarlijks toe in jongere leeftijdsgroepen. Er is echter een gebrek aan effectieve behandelingen in de huidige klinische praktijk. Met de gemakkelijke toegankelijkheid van transgene en knock-out stammen en hun kleine formaat, waardoor minimale doses geneesmiddelen nodig zijn voor in vivo evaluatie, heeft een goed ingeburgerd experimenteel model bij muizen de voorkeur voor AP-onderzoek. Bovendien is SAP geïnduceerd door natrium taurocholaat (TC) momenteel een van de meest gebruikte en best gekarakteriseerde modellen. Dit model is onderzocht op nieuwe therapieën en mogelijke moleculaire gebeurtenissen tijdens het proces van AP. Hier presenteren we de generatie van een AP-muismodel met natrium taurocholaat en een eenvoudige zelfgemaakte microsyringe. Bovendien bieden we ook de methodologie voor de daaropvolgende histologie en serologische testen.
Introduction
Acute pancreatitis (AP) is een acute ontsteking van de pancreas die wordt gekenmerkt door obstructie van het hoofdkanaal van de pancreas met daaropvolgende ductale opgezette en pancreasautodigestie door de abnormaal geactiveerde enzymen. De klinische manifestaties omvatten lokale of systemische ontsteking, buikpijn en verhoging van serum amylase1,2. Volgens de ernstclassificatie3 kan AP aanwezig zijn in milde, matige en ernstige vormen, en onder hen is ernstige acute pancreatitis (SAP) de meest zorgwekkende aandoening vanwege het hoge sterftecijfer van meer dan 30% 4. In de Verenigde Staten is AP een van de meest voorkomende redenen voor ziekenhuisopname, die meer dan 200.000 patiënten treft5. Bovendien neemt AP, met name SAP, jaarlijks toe en treft het jongere leeftijdsgroepen6. Er is echter een gebrek aan effectieve behandelingsopties in de huidige klinische praktijk6,7. Daarom is het noodzakelijk om de moleculaire mechanismen die betrokken zijn bij AP te onderzoeken, waardoor de behandelingsverbetering wordt vergemakkelijkt.
Gevestigde experimentele diermodellen zijn nodig voor het bestuderen van de mechanismen die betrokken zijn bij AP en het evalueren van de effectiviteit van verschillende behandelingsmodaliteiten. Met de gemakkelijke toegankelijkheid van transgene en knock-out stammen en hun kleine formaat, waardoor de doses geneesmiddelen die nodig zijn voor in vivo evaluatie worden geminimaliseerd, hebben muizen de voorkeur voor AP-onderzoek. Daarom zijn er verschillende modellen van AP ontwikkeld bij muizen8,9.
Op basis van een mild pancreatitis rattenmodel geïnduceerd door de intraveneuze toediening van caerulein10, ontwikkelden Niederau et al. een SAP-muismodel gepresenteerd met acinaire celnecrose geïnduceerd met behulp van hetzelfde medicijn en dezelfde injectieroute11. Hoewel dit model verschillende voordelen heeft, waaronder niet-invasieve aanwezigheid, snelle inductie, brede reproduceerbaarheid en toepasbaarheid, is het grote nadeel dat in de meeste gevallen slechts een milde vorm van AP wordt ontwikkeld, waardoor de klinische relevantie ervan wordt beperkt. Alcohol wordt beschouwd als een van de belangrijkste etiologische factoren van AP; Foitzik et al. meldden echter dat het alleen pancreasbeschadiging veroorzaakt in combinatie met andere factoren, zoals exocriene hyperstimulatie12. Bovendien, hoewel alcohol-geïnduceerde AP-modellen ontwikkeld via verschillende toedieningsroutes en medicijndoses zijn gemeld13,14,15, is hun grootste nadeel de moeilijkheid om ze te reproduceren. Intraperitoneale toediening van L-arginine kan ook AP induceren bij muizen16; de lage klinische relevantie belemmert echter de toepassing ervan. Taurocholaat, een galzout, werd voor het eerst voorgesteld door Creutzfeld et al. in 1965 voor het induceren van een aandoening die lijkt op menselijk AP via pancreaskanaalinfusie17. Hoewel er controverses bestaan over de klinische relevantie ervan in de pathofysiologie18,19, blijft taurocholaat-geïnduceerde pancreatitis een onmisbaar model voor SAP.
Omdat dit model eenvoudig te realiseren is en ook effectief is bij muizen, is het nu een van de meest gebruikte AP-modellen voor in vivo studies bij kleine dieren. Perides et al. gebruikten natrium taurocholaat (TC) om SAP te induceren bij muizen20, wat inzichten verschafte om de pathologie ervan te begrijpen. In combinatie met genetische modificatietechnieken heeft dit model ons in staat gesteld om verschillende specifieke genen die betrokken zijn bij AP te bevestigen. Bicozo et al. toonden bijvoorbeeld aan dat een knock-out van het CD38-gen beschermde tegen een model van TC-infusie pancreatitis en schreef de mechanismen toe aan veranderingen in intracellulaire Ca2 + –signalering21. Fanczal et al. onderzochten de fysiologische implicatie van TRPM2-expressie in het plasmamembraan van pancreasacinar- en ductale cellen van muizen en toonden een verminderde ernst van TC-geïnduceerde SAP aan bij TRPM2 knock-out muizen22. Bovendien biedt dit model ook een eenvoudige en effectieve manier om veel nieuwe geneesmiddelen in vivo te testen. Deze methode maakte bijvoorbeeld validatie mogelijk van de therapeutische effecten van cafeïne23, dehydrocholzuur24 en verschillende antioxidanten en anticoagulantia25,26. Dit bewijs toont de veelzijdigheid van het TC-geïnduceerde SAP-model. Hoewel Wittel et al. een vergelijkbaar muismodel27 beschreven, zou een gebrek aan details over de implementatieprocedures kunnen leiden tot een onvermogen om de bevindingen te reproduceren. In dit artikel richten we ons op methoden met behulp van een eenvoudige zelfgemaakte microsyringe en bestuderen we TC-geïnduceerde SAP, waardoor we niet alleen mogelijke richtlijnen bieden voor verdere studie van de pathogenese en behandeling van AP, maar ook voor een perfect aanpasbare experimentele methode voor vele andere stoffen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het TC-geïnduceerde SAP-model is een uitstekend onderzoeksinstrument. Zoals in deze studie is aangetoond, is dit model zeer gemakkelijk te realiseren in algemene laboratoria zonder specifieke apparaten te gebruiken. Bij gebruik in combinatie met histologie en biochemische analyse biedt het een kostenbesparende (goedkope reagentia) en tijdbesparende (24-uurs tijdvenster) benadering voor het induceren en evalueren van AP. Het aanpassen van de concentratie van TC biedt ook de mogelijkheid om milde en matige AP te producere…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We zijn dankbaar voor de steun van de volgende beurzen: een Translational Research Grant van NCRCH [2020WSA01], een KJXW Scientific Grant van Suzhou Commission of Health for Young Scholars [KJXW2020002], een Science and Technology Plan van Suzhou City (SKY2021038 en SKJY2021050), een beurs van de Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD), en een Primary Research & Social Development Plan van de provincie Jiangsu (BE2018659).
Materials
| 0.5% iodophor | Shanghai Likang Disinfectant | 310102 | 4 mL/mouse |
| 0.9% sodium chloride | Sinopharm Group Co., Ltd. | 10019318 | 0.8 mL/mouse |
| 1% Pentobarbital sodium | Sigma | P3761 | 0.2 -0.25 mL/mouse |
| 25 μL flat tip Microliter syringe | Gaoge, Shanghai | A124019 | |
| 4% Paraformaldehyde | Beyotime, Nantong, China | P0099-500ml | |
| 5% sodium taurocholate (TC) | Aladdin | S100834-5g | 10 μL/SAP mouse |
| 6-0 Sterile nylon microsuture with threaded needle (1/2 circle) | Cheng-He | 20093 | |
| 75% alcohol | Sinopharm Group Co., Ltd. | 10009218 | 4 mL/mouse |
| 8-0 Sterile nylon microsuture with threaded needle (3/8 circle) | Cheng-He | 19064 | |
| ALT Activity Assay Kit | EPNK, Anhui, China | ALT0012 | |
| Amylase Assay Kit | EPNK, Anhui, China | AMY0012 | |
| Angled small bulldog clamp with 12 mm jaw (3 cm) | Cheng-He | HC-X022 | |
| aspen shavings or shreds for mouse bedding | Beijing Vital River Laboratory Animal Technology | VR03015 | |
| AST Activity Assay Kit | EPNK, Anhui, China | AST0012 | |
| Blood Urea Nitrogen (BUN) Assay Kit | EPNK, Anhui, China | BUN0011 | |
| C57BL/6 mouse | Beijing Vital River Laboratory Animal Technology | 213 | |
| Creatine Assay Kit | EPNK, Anhui, China | CRE0012 | |
| Feature microtome blade | Beyotime, Nantong, China | E0994 | |
| Hemostatic Forceps (9.5 cm, Curved) | JZ, Shanghai Medical Instruments Co. Ltd. | JC3901 | |
| Lipase Assay Kit | Jiancheng, Nanjing, China | A054-2-1 | |
| Microtome | Leica biosystem, Germany | RM2245 | |
| Mindray biochemistry analyzer | Mindray, Shenzhen, China | BS-420 | |
| MPO Assay Kit | Jiancheng, Nanjing, China | A044-1-1 | |
| Normal mouse chow | Trophic, Nantong, China | LAD 1000 | |
| Phosphate buffered saline | Beyotime, Nantong, China | C0221A | |
| Straight micro-bulldog clamp with 5 mm jaw (1.5 cm) | JZ, Shanghai Medical Instruments Co. Ltd. | W40130 | |
| Straight or curved forceps (11.0 cm) | Cheng-He | HC-X091A or HC-X090A | |
| Straight Scissors (10.0 cm) | Cheng-He, Ningbo, China | HC-J039102 | |
| Thermo Scientific Centrifuge | Thermo Scientific, USA | Multifuge X1R |
References
- Lee, P. J., Papachristou, G. I. New insights into acute pancreatitis. Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology. 16 (8), 479-496 (2019).
- Mandalia, A., Wamsteker, E. J., DiMagno, M. J. Recent advances in understanding and managing acute pancreatitis. F1000Research. 7, 959 (2018).
- Banks, P. A., et al. Classification of acute pancreatitis-2012: revision of the Atlanta classification and definitions by international consensus. Gut. 62 (1), 102-111 (2013).
- Munir, F., et al. Advances in immunomodulatory therapy for severe acute pancreatitis. Immunology Letters. 217, 72-76 (2020).
- Peery, A. F., et al. Burden of gastrointestinal disease in the United States: 2012 update. Gastroenterology. 143 (5), 1179-1187 (2012).
- Hines, O. J., Pandol, S. J. Management of severe acute pancreatitis. BMJ. 367, 6227 (2019).
- James, T. W., Crockett, S. D. Management of acute pancreatitis in the first 72 hours. Current Opinion in Gastroenterology. 34 (5), 330-335 (2018).
- Silva-Vaz, P., et al. Murine models of acute pancreatitis: a critical appraisal of clinical relevance. International Journal of Molecular Sciences. 20 (11), 2794 (2019).
- Hyun, J. J., Lee, H. S. Experimental models of pancreatitis. Clinical Endoscopy. 47 (3), 212-216 (2014).
- Renner, I. G., Wisner, J. R., Rinderknecht, H. Protective effects of exogenous secretin on ceruletide-induced acute pancreatitis in the rat. Journal of Clinical Investigation. 72 (3), 1081-1092 (1983).
- Niederau, C., Ferrell, L. D., Grendell, J. H. Caerulein-induced acute necrotizing pancreatitis in mice: protective effects of proglumide, benzotript, and secretin. Gastroenterology. 88 (5), 1192-1204 (1985).
- Foitzik, T., et al. Exocrine hyperstimulation but not pancreatic duct obstruction increases the susceptibility to alcohol-related pancreatic injury. Archives in Surgery. 129 (10), 1081-1085 (1994).
- Schneider, L., Dieckmann, R., Hackert, T., Gebhard, M. M., Werner, J. Acute alcohol-induced pancreatic injury is similar with intravenous and intragastric routes of alcohol administration. Pancreas. 43 (1), 69-74 (2014).
- Huang, W., et al. Fatty acid ethyl ester synthase inhibition ameliorates ethanol-induced Ca2+-dependent mitochondrial dysfunction and acute pancreatitis. Gut. 63 (8), 1313-1324 (2014).
- Sun, J., et al. NRF2 mitigates acute alcohol-induced hepatic and pancreatic injury in mice. Food and Chemical Toxicology. 121, 495-503 (2018).
- Kui, B., et al. New insights into the methodology of L-arginine-induced acute pancreatitis. PLoS One. 10 (2), 0117588 (2015).
- Creutzfeldt, W., Schmidt, H., Horbach, I. Studies on the effects of a trypsin inhibitor (Trasylol) on Enzyme activities and morphology in taurocholate and calciphylaxis pancreatitis of the rat (a contribution to the pathogenesis of pancreatitis). Klin Wochenschr. 43, 15-22 (1965).
- Liu, Z. H., et al. A simple taurocholate-induced model of severe acute pancreatitis in rats. World Journal of Gastroenterology. 15 (45), 5732-5739 (2009).
- Cavdar, F., et al. Controversial issues in biliary pancreatitis: when should we perform MRCP and ERCP. Pancreatology. 14 (5), 411-414 (2014).
- Perides, G., van Acker, G. J., Laukkarinen, J. M., Steer, M. L. Experimental acute biliary pancreatitis induced by retrograde infusion of bile acids into the mouse pancreatic duct. Nature Protocols. 5 (2), 335-341 (2010).
- Orabi, A. I., et al. Cluster of differentiation 38 (CD38) mediates bile acid-induced acinar cell injury and pancreatitis through cyclic ADP-ribose and intracellular calcium release. Journal of Biological Chemistry. 288 (38), 27128-27137 (2013).
- Fanczal, J., et al. TRPM2-mediated extracellular Ca(2+) entry promotes acinar cell necrosis in biliary acute pancreatitis. Journal of Physiology. 598 (6), 1253-1270 (2020).
- Huang, W., et al. Caffeine protects against experimental acute pancreatitis by inhibition of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor-mediated Ca2+ release. Gut. 66 (2), 301-313 (2017).
- Zhang, X., et al. Dehydrocholic acid ameliorates sodium taurocholate-induced acute biliary pancreatitis in mice. Biology and Pharmaceutical Bulletin. 43 (6), 985-993 (2020).
- Hagiwara, S., et al. Antithrombin III prevents cerulein-induced acute pancreatitis in rats. Pancreas. 38 (7), 746-751 (2009).
- Hagiwara, S., et al. Danaparoid sodium prevents cerulein-induced acute pancreatitis in rats. Shock. 32 (1), 94-99 (2009).
- Wittel, U. A., et al. Taurocholate-induced pancreatitis: a model of severe necrotizing pancreatitis in mice. Pancreas. 36 (2), 9-21 (2008).
- Barlass, U., et al. Morphine worsens the severity and prevents pancreatic regeneration in mouse models of acute pancreatitis. Gut. 67 (4), 600-602 (2018).
- Wu, D., et al. A systematic review of NSAIDs treatment for acute pancreatitis in animal studies and clinical trials. Clinical Research in Hepatology and Gastroenterology. 44, 100002 (2020).
- Schmidt, J., et al. A better model of acute pancreatitis for evaluating therapy. Annals in Surgery. 215 (1), 44-56 (1992).
- Junyuan, Z., et al. Quercetin protects against intestinal barrier disruption and inflammation in acute necrotizing pancreatitis through TLR4/MyD88/p38MAPK and ERS inhibition. Pancreatology. 18 (7), 742-752 (2018).
- Waldron, R. T., et al. The Orai Ca(2+) channel inhibitor CM4620 targets both parenchymal and immune cells to reduce inflammation in experimental acute pancreatitis. Journal of Physiology. 597 (12), 3085-3105 (2019).
- Petersen, O. H., Gerasimenko, J. V., Gerasimenko, O. V., Gryshchenko, O., Peng, S. The roles of calcium and ATP in the physiology and pathology of the exocrine pancreas. Physiological Reviews. 101 (4), 1691-1744 (2021).
