نموذج الفأر لمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة الناجمة عن حمض الأوليك
Summary
يصف البروتوكول الحالي نموذجا لإصابة الرئة في الفئران التي تستخدم حمض الأوليك لتقليد متلازمة الضائقة التنفسية الحادة (ARDS). يزيد هذا النموذج من الوسطاء الالتهابيين على الوذمة ويقلل من امتثال الرئة. يستخدم حمض الأوليك في شكل ملح (أوليات) لأن هذا الشكل الفسيولوجي يتجنب خطر الانسداد.
Abstract
تشكل متلازمة الضائقة التنفسية الحادة (ARDS) تهديدا كبيرا للمرضى المصابين بأمراض خطيرة مع ارتفاع معدل الوفيات. يمكن أن يؤدي التعرض للملوثات ودخان السجائر والعوامل المعدية والأحماض الدهنية إلى الإصابة بمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة. يمكن للنماذج الحيوانية أن تحاكي الآلية المرضية المعقدة لمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة. ومع ذلك ، كل واحد منهم لديه قيود. والجدير بالذكر أن حمض الأوليك (OA) يزداد في المرضى المصابين بأمراض خطيرة مع آثار ضارة على الرئة. يمكن أن يؤدي هشاشة العظام إلى إصابة الرئة عن طريق الصمات ، وتعطيل الأنسجة ، وتغيير درجة الحموضة ، وإضعاف إزالة الوذمة. يشبه نموذج إصابة الرئة الناجم عن الزراعة العضوية ميزات مختلفة من متلازمة الضائقة التنفسية الحادة مع إصابة بطانية ، وزيادة نفاذية السنخية ، والتهاب ، وتشكيل غشاء هيالين ، وموت الخلايا. هنا ، يتم وصف تحريض إصابة الرئة عن طريق حقن الزراعة العضوية (في شكل ملح) مباشرة في الرئة وعن طريق الوريد في الفأر لأنه الشكل الفسيولوجي ل OA عند درجة الحموضة 7. وبالتالي ، فإن حقن الزراعة العضوية في شكل ملح هو نموذج حيواني مفيد لدراسة إصابة الرئة / متلازمة الضائقة التنفسية الحادة دون التسبب في الصمات أو تغيير درجة الحموضة ، وبالتالي الاقتراب مما يحدث في المرضى المصابين بأمراض خطيرة.
Introduction
وصف Ashbaugh et al.1 ، في عام 1967 ، لأول مرة متلازمة الضائقة التنفسية الحادة (ARDS) ومنذ ذلك الحين خضع لمراجعات متعددة. وفقا لتعريف برلين ، فإن متلازمة الضائقة التنفسية الحادة هي التهاب رئوي يؤدي إلى فشل تنفسي حاد ونقص الأكسجة (PaO 2 / FiO 2 > 300 ملم زئبق) بسبب عدم التوازن في نسبة التهوية إلى التروية ، والضرر السنخي الثنائي المنتشر (DAD) والتسلل ، وزيادة وزن الرئة ، والوذمة 2,3. النسيج البرنشيمي الرئوي بيئة خلوية معقدة تضاعفها الخلايا الطلائية والبطانية والخلايا الأخرى. تشكل هذه الخلايا حواجز وتراكيب مسئولة عن تبادل الغازات والاتزان الداخلي في الحويصلات الهوائية3. الخلايا الأكثر وفرة داخل الحاجز الظهاري هي الخلايا السنخية من النوع الأول (AT1) مع مساحة سطح أكبر لتبادل الغازات وإدارة السوائل من خلال Na / K-ATPase. أيضا ، تنتج الخلايا السنخية من النوع الثاني (AT2) الفاعل بالسطح ، مما يقلل من التوتر السطحي في الحويصلات الهوائية4. في الأسفل، تشكل الخلايا البطانية حاجزا شبه نافذ يفصل الدورة الدموية الرئوية عن النسيج الخلالي. وتشمل وظائفه الكشف عن المحفزات ، وتنسيق الاستجابات الالتهابية ، والهجرة الخلوية5. تنظم الخلايا البطانية أيضا تبادل الغازات ، وتوتر الأوعية الدموية ، والتخثر5. لذلك ، قد تؤدي اضطرابات الوظيفة البطانية والظهارية إلى تفاقم النمط الظاهري للالتهابات ، مما يتسبب في تلف الرئة مما يؤدي إلى متلازمة الضائقة التنفسية الحادة5.
يرتبط تطور متلازمة الضائقة التنفسية الحادة بالمخاطر بالالتهاب الرئوي الجرثومي والفيروسي أو العوامل غير المباشرة مثل الإنتان غير الرئوي والصدمات وعمليات نقل الدم والتهاب البنكرياس6. تتسبب هذه الحالات في إطلاق الأنماط الجزيئية المرتبطة بمسببات الأمراض (PAMPs) والأنماط الجزيئية المرتبطة بالضرر (DAMPs) ، مما يؤدي إلى تحفيز السيتوكينات الالتهابية والكيموكينات مثل TNF-α و IL-1β و IL-6 و IL-85. يرتبط TNF-α بتدهور الكاديرين البطاني الوعائي (VE-cadherin) في اضطراب الحاجز البطاني وتسلل الكريات البيض إلى حمة الرئة. العدلات هي الخلايا الأولى التي تهاجر ، وتجذبها IL-8 و LTB45،7،8. تزيد العدلات من السيتوكينات المسببة للالتهابات ، وأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) 9 ، وتكوين مصائد العدلات خارج الخلية (NETs) مما يؤدي إلى تلف إضافي في البطانة والظهارية10. يؤدي الضرر الظهاري إلى التهاب وتنشيط المستقبلات الشبيهة بالحصيلة في خلايا AT2 والبلاعم المقيمة ، مما يؤدي إلى إطلاق chemokines التي تجذب الخلايا الالتهابية إلى الرئتين4. أيضا ، يؤدي إنتاج السيتوكينات مثل الإنترفيرون β (INFβ) إلى مستقبلات محفزة لموت الخلايا المبرمج المرتبطة بعامل نخر الورم (TRAIL) ، مما يؤدي بخلايا ATII إلى موت الخلايا المبرمج ، مما يضعف السائل ووضوح الأيونات4. يسمح اضطراب بنية الحاجز البطاني والظهاري بتدفق السوائل والبروتينات وخلايا الدم الحمراء والكريات البيض إلى الفضاء السنخي ، مما يسبب الوذمة. مع إنشاء الوذمة ، يتم تغيير الجهد الرئوي للحفاظ على التنفس وتبادل الغازات11. يؤدي فرط ثنائي أكسيد الكربون ونقص الأكسجة في الدم إلى موت الخلايا واضطراب نقل الصوديوم ، مما يؤدي إلى تفاقم الوذمة السنخية بسبب ضعف قدرة التخليص10. تحتوي متلازمة الضائقة التنفسية الحادة أيضا على مستويات مرتفعة من IL-17A ، المرتبطة بخلل وظيفي في الأعضاء ، وزيادة نسبة العدلات السنخية ، ونفاذية السنخية9.
كان هناك تقدم مستمر في الأبحاث حول الفيزيولوجيا المرضية وعلم الأوبئة وعلاج متلازمة الضائقة التنفسية الحادة في السنوات الأخيرة12,13. ومع ذلك ، فإن متلازمة الضائقة التنفسية الحادة هي متلازمة غير متجانسة على الرغم من التقدم في البحوث العلاجية مما أدى إلى التهوية الميكانيكية وتحسين العلاج بالسوائل. وبالتالي ، لا تزال هناك حاجة إلى علاج دوائي مباشر أكثر فعالية10 ، وقد تساعد الدراسات على الحيوانات في الكشف عن آليات وأهداف متلازمة الضائقة التنفسية الحادة للتدخل.
نماذج ARDS الحالية ليست قادرة على تكرار علم الأمراض بشكل كامل. وبالتالي ، غالبا ما يختار الباحثون النموذج الذي يمكن أن يناسب اهتماماتهم بشكل أفضل. على سبيل المثال ، يحفز نموذج تحريض عديد السكاريد الشحمي (LPS) متلازمة الضائقة التنفسية الحادة عن طريق الصدمة السمية الداخلية الناتجة بشكل رئيسي عن TLR414. يحاكي تحريض حمض الهيدروكلوريك شفط الحمض ، والضرر يعتمد علىالعدلات 14. من ناحية أخرى ، فإن نموذج أوليات الصوديوم الحالي يحفز تلف البطانة الذي يزيد من نفاذية الأوعية الدموية وذمة. علاوة على ذلك ، فإن استخدام أوليات الصوديوم بدلا من حمض الأوليك في شكل سائل يتجنب مخاطر الانسداد والتغيير في درجة الحموضة في الدم15.
نماذج الحيوانات لمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة
تساعد الدراسات قبل السريرية في النماذج الحيوانية على فهم علم الأمراض وهي ضرورية لأبحاث علاجات متلازمة الضائقة التنفسية الحادة الجديدة. يحتاج النموذج الحيواني المثالي إلى خصائص تشبه الحالة السريرية والتكاثر الجيد لآليات المرض مع السمات الفيزيولوجية المرضية ذات الصلة لكل مرحلة من مراحل المرض والتطور والإصلاح14. تستخدم العديد من النماذج الحيوانية لتقييم إصابة الرئة الحادة في متلازمة الضائقة التنفسية الحادة قبل السريرية. ومع ذلك ، نظرا لأن جميع النماذج لها قيود ، فإنها لا تعيد إنتاج علم الأمراض البشري بشكل كامل6،14،16. يتم استخدام متلازمة الضائقة التنفسية الحادة التي يسببها حمض الأوليك في أنواع حيوانية مختلفة17. الخنازير18 والأغنام19 والكلاب20 المقدمة لحقن الزراعة العضوية تقدم العديد من السمات السريرية للمرض مع خلل في الغشاء السنخي الشعري وزيادة النفاذية مع تسلل البروتين والخلايا.
على سبيل المثال ، حقن OA عند 1.25 ميكرومتر عن طريق الوريد النقل عبر الظهارة مما أدى إلى الوذمة السنخية15. بدلا من ذلك ، في النموذج المختبري باستخدام خلايا A549 ، لم يغير الزراعة العضوية بتركيز 10 ميكرومتر قناة الصوديوم الظهارية (eNAC) أو التعبير عن Na / K-ATPase. ومع ذلك ، يبدو أن الزراعة العضوية ترتبط بكلتا القناتين ، مما يعيق نشاطهابشكل مباشر 21. تسبب الحقن الوريدي OA عند 0.1 مل / كجم في احتقان أنسجة الرئة وتورمها ، وانخفاض المساحات السنخية مع الحاجز السنخي السميك ، وزيادة عدد خلايا الدم الالتهابية والحمراء22. أيضا ، OA الناجم عن موت الخلايا المبرمج والنخر في الخلايا البطانية والظهارية في الرئة15. حقن محلول tris-oleate ، داخل القصبة الهوائية في الفئران ، عزز تسلل العدلات والوذمة في وقت مبكر من 6 ساعات بعد التحفيز23. أدى حقن الزراعة العضوية عند 24 ساعة إلى زيادة مستويات السيتوكين المسببة للالتهابات (أي TNF-α و IL-6 و IL-1β)23. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحقن في الوريد (الضفيرة المدارية) ل 10 ميكرومتر من tris-oleate يثبط نشاط Na / K-ATPase الرئوي ، على غرار ouabain عند 10-3 μM ، وهو مثبط إنزيم انتقائي. أيضا ، يؤدي الزراعة العضوية إلى حدوث التهاب مع تسلل الخلايا ، وتشكيل الأجسام الدهنية ، وإنتاج الليكوترين B4 (LTB4) والبروستاجلاندين E2 (PGE2) 22،24. لذلك ، تولد متلازمة الضائقة التنفسية الحادة التي يسببها حمض الأوليك وذمة ، ونزيف ، وتسلل العدلات ، وزيادة نشاط الميلوبيروكسيديز (MPO) ، و ROS24. وبالتالي ، فإن إدارة الزراعة العضوية هي نموذج راسخ لإصابة الرئة22,25. جميع النتائج المقدمة في هذه المقالة التي تحتوي على الزراعة العضوية تمثل شكل الملح ، أوليات الصوديوم.
Protocol
Representative Results
Discussion
يعد اختيار نموذج متلازمة الضائقة التنفسية الحادة الصحيح أمرا ضروريا لإجراء الدراسات قبل السريرية ، ويجب على المقيم مراعاة جميع المتغيرات المحتملة ، مثل العمر والجنس وطرق الإدارة وغيرها6. يجب أن يقوم النموذج المختار بإعادة إنتاج المرض بناء على عوامل الخطر مثل الإنتان ، وانسد…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا البحث من قبل معهد أوزوالدو كروز ، ومؤسسة أوزوالدو كروز (FIOCRUZ) ، ومنحة Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) ، وبرنامج التكنولوجيا الحيوية للجامعة الاتحادية للفلومينينس (UFF) ، والجامعة الفيدرالية للدولة في ريو دي جانيرو (UNIRIO) ، ومؤسسة كارلوس شاغاس فيلهو لإنفاذ الحقوق الدستورية (Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) ، والمجلس الوطني للتنمية العلمية والتكنولوجية (CNPq). يتم إنشاء الشكل 1 والشكل 2 باستخدام BioRender.com.
Materials
| Anesthetic vaporizer | SurgiVet | model 100 | |
| Braided slik thread with needle number 5 | Shalon medical | N/A | |
| Cabinet vivarium | Insight | Model EB273 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5430/5430R | |
| Cytofunnel | ThermoFisher | 11-025-48 | |
| Drontal puppy | Bayer | N/A | |
| Hank's balanced Salts | Sigma-Aldrich | H4981 | |
| Heatpad | tkreprodução | TK-500 | |
| Hydrocloric Acid | Sigma-Aldrich | 30721 | |
| Insulin syringe Ultrafine | BD | 328322 | |
| Isoforine 1mL/mL | Cristália | N/A | |
| Ketamine | Syntec | N/A | |
| May-Grunwald-Giemsa | Sigma-Aldrich | 205435 | |
| Micro BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher | 23235 | |
| Microscope PrimoStar | Carl Zeiss | ||
| Mouse IL-1 beta duoSet ELISA | R&D system | DY401 | |
| Mouse IL-6 duoSet ELISA | R&D system | DY406 | |
| Mouse TNF-alpha duoSet ELISA | R&D system | DY410 | |
| Neubauer chamber improved bright-line | Global optics | ||
| Oleic Acid (99%) | Sigma-Aldrich | O1008 | |
| Osmium tetroxide solution (4%) | Sigma-Aldrich | 75632 | |
| Peripheral Intravenous Catherter 20 G | BD Angiocath | 388333 | |
| Prism 8 (graphic and statistic software) | Graphpad | N/A | |
| Prostaglandin E2 ELISA Kit -Monoclonal | Cayman Chemical | 514010 | |
| Shandon Cytospin 3 | ThermoFisher | N/A | |
| Sodium hydroxide | Merck | 1,06,49,81,000 | |
| Spectrophotometer | Molecular Devices | SpectraMax ABS plus | |
| Swiss webster mice | ICTB/FIOCRUZ | N/A | |
| Syringe 1 mL | BD | 990189 | |
| Tris-base | Bio Rad | 161-0719 | Electrophoresis purity reagent |
| Türk's solution | Sigma-Aldrich | 93770 | |
| Xilazine | Syntec | N/A |
References
- Ashbaugh, D. G., Bigelow, D. B., Petty, T. L., Levine, B. E. Acute respiratory distress in adults. Lancet. 2 (7511), 319-323 (1967).
- The ARDS Definition Task Force. Acute respiratory distress syndrome: The Berlin definition. JAMA. 307 (23), 2526-2533 (2012).
- Hewitt, R. J., Lloyd, C. M. Regulation of immune responses by the airway epithelial cell landscape. Nature Reviews Immunology. 21 (6), 347-362 (2021).
- Zepp, J. A., Morrisey, E. E. Cellular crosstalk in the development and regeneration of the respiratory system. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 20 (9), 551-566 (2019).
- Millar, F. R., Summers, C., Griffiths, M. J., Toshner, M. R., Proudfoot, A. G. The pulmonary endothelium in acute respiratory distress syndrome: insights and therapeutic opportunities. Thorax. 71 (5), 462 (2016).
- D’Alessio, F. R. Mouse models of acute lung injury and ARDS. Methods in Molecular Biology. 1809, 341-350 (2018).
- Corada, M., et al. Vascular endothelial-cadherin is an important determinant of microvascular integrity in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (17), 9815-9820 (1999).
- Bozza, P. T., et al. Leukocyte lipid body formation and eicosanoid generation: cyclooxygenase-independent inhibition by aspirin. PNAS. 93 (20), 11091-11096 (1996).
- Mikacenic, C., et al. Interleukin-17A is associated with alveolar inflammation and poor outcomes in acute respiratory distress syndrome. Critical Care Medicine. 44 (3), 496-502 (2016).
- Matthay, M. A., et al. Acute respiratory distress syndrome. Nature Reviews Disease Primers. 5 (1), 18 (2019).
- Huppert, L. A., Matthay, M. A., Ware, L. B. Pathogenesis of acute respiratory distress syndrome. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine. 40 (1), 31-39 (2019).
- Matthay, M. A., McAuley, D. F., Ware, L. B. Clinical trials in acute respiratory distress syndrome: challenges and opportunities. The Lancet Respiratory Medicine. 5 (6), 524-534 (2017).
- Fan, E., Brodie, D., Slutsky, A. S. Acute respiratory distress syndrome: advances in diagnosis and treatment. JAMA. 319 (7), 698-710 (2018).
- Matute-Bello, G., Frevert, C. W., Martin, T. R. Animal models of acute lung injury. The American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 295 (3), 379-399 (2008).
- Gonçalves-de-Albuquerque, C. F., et al. Oleic acid inhibits lung Na/K-ATPase in mice and induces injury with lipid body formation in leukocytes and eicosanoid production. Journal of Inflammation. 10 (1), 34 (2013).
- Matthay, M. A., Ware, L. B., Zimmerman, G. A. The acute respiratory distress syndrome). Journal of Clinical Investigation. 122 (8), 2731-2740 (2012).
- Wang, H. M., Bodenstein, M., Markstaller, K. Overview of the pathology of three widely used animal models of acute lung injury. European Surgical Research. 40 (4), 305-316 (2008).
- Moriuchi, H., Zaha, M., Fukumoto, T., Yuizono, T. Activation of polymorphonuclear leukocytes in oleic acid-induced lung injury. Intensive Care Medicine. 24 (7), 709-715 (1998).
- Julien, M., Hoeffel, J. M., Flick, M. R. Oleic acid lung injury in sheep. Journal of Applied Physiology. 60 (2), 433-440 (1986).
- Hofman, W. F., Ehrhart, I. C. Permeability edema in dog lung depleted of blood components. Journal of Applied Physiology. 57 (1), 147-153 (1984).
- Vadász, I., et al. Oleic acid inhibits alveolar fluid reabsorption: a role in acute respiratory distress syndrome. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 171 (5), 469-479 (2005).
- Tenghao, S., et al. Keratinocyte growth factor-2 reduces inflammatory response to acute lung injury induced by oleic acid in rats by regulating key proteins of the wnt/β-catenin signaling pathway. Evidence-Based Complementary and Alternative. 2020, 8350579 (2020).
- Gonçalves-de-Albuquerque, C. F., et al. Oleic acid induces lung injury in mice through activation of the ERK pathway. Mediators of Inflammation. 2012, 956509 (2012).
- Huang, H., et al. Dipyrithione attenuates oleic acid-induced acute lung injury. Pulmonary Pharmacology & Therapeutics. 24 (1), 74-80 (2011).
- Goncalves-de-Albuquerque, C. F., Silva, A. R., Burth, P., Castro-Faria, M. V., Castro-Faria-Neto, H. C. acute respiratory distress syndrome: role of oleic acid-triggered lung injury and inflammation. Mediators of Inflammation. 2015, 260465 (2015).
- McHugh, M. L. Multiple comparison analysis testing in ANOVA. Biochemia Medica (Zagreb). 21 (3), 203-209 (2011).
- Swarts, H. G. P., Schuurmans Stekhoven, F. M. A. H., De Pont, J. J. H. H. M. Binding of unsaturated fatty acids to Na+,K+-ATPase leading to inhibition and inactivation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 1024 (1), 32-40 (1990).
- Swenson, K. E., Swenson, E. R. Pathophysiology of acute respiratory distress syndrome and COVID-19 lung injury. Critical Care Clinics. 37 (4), 749-776 (2021).
- Bozza, P. T., Magalhães, K. G., Weller, P. F. Leukocyte lipid bodies – Biogenesis and functions in inflammation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular and Cell Biology of Lipids. 1791 (6), 540-551 (2009).
- Chen, H., Bai, C., Wang, X. The value of the lipopolysaccharide-induced acute lung injury model in respiratory medicine. Expert Review of Respiratory Medicine. 4 (6), 773-783 (2010).
- Martin, T. R., Matute-Bello, G. Experimental models and emerging hypotheses for acute lung injury. Critical Care Clinics. 27 (3), 735-752 (2011).
- Schuster, D. P. ARDS: clinical lessons from the oleic acid model of acute lung injury. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 149 (1), 245-260 (1994).
- Martins, C. A., et al. The relationship of oleic acid/albumin molar ratio and clinical outcomes in leptospirosis. Heliyon. 7 (3), 06420 (2021).
- Yu, M. -. y. a. l., et al. Hypoalbuminemia at admission predicts the development of acute kidney injury in hospitalized patients: A retrospective cohort study. PLOS ONE. 12 (7), 0180750 (2017).
