Oleik Asit Kaynaklı Akut Solunum Sıkıntısı Sendromunun Fare Modeli
Summary
Mevcut protokol, akut solunum sıkıntısı sendromunu (ARDS) taklit etmek için oleik asit kullanan farelerde bir akciğer hasarı modelini açıklamaktadır. Bu model ödem üzerindeki inflamatuar mediyatörleri arttırır ve akciğer kompliyansını azaltır. Oleik asit, tuz formunda (oleat) kullanılır, çünkü bu fizyolojik form emboli riskini ortadan kaldırır.
Abstract
Akut respiratuar distres sendromu (ARDS), yüksek ölüm oranı ile kritik hastalar için önemli bir tehdittir. Kirletici maruziyeti, sigara dumanı, bulaşıcı ajanlar ve yağ asitleri ARDS’yi indükleyebilir. Hayvan modelleri, ARDS’nin karmaşık patomekanizmasını taklit edebilir. Ancak, her birinin sınırlamaları vardır. Özellikle, oleik asit (OA), akciğer üzerinde zararlı etkileri olan kritik hastalarda artar. OA, emboli ile akciğer hasarına neden olabilir, dokuyu bozabilir, pH’ı değiştirebilir ve ödem klirensini bozabilir. OA’ya bağlı akciğer hasarı modeli, endotel hasarı, artmış alveoler geçirgenlik, inflamasyon, membran hiyalin oluşumu ve hücre ölümü ile ARDS’nin çeşitli özelliklerine benzemektedir. Burada, akciğer hasarının indüksiyonu, OA’nın (tuz formunda) doğrudan akciğere enjekte edilmesiyle ve pH 7’de OA’nın fizyolojik formu olduğu için bir farede intravenöz olarak tanımlanmaktadır. Bu nedenle, OA’nın tuz formunda enjeksiyonu, emboliye neden olmadan veya pH’ı değiştirmeden akciğer hasarını / ARDS’yi incelemek ve böylece kritik hastalarda olanlara yaklaşmak için yararlı bir hayvan modelidir.
Introduction
Ashbaugh ve ark.1, 1967’de ilk olarak akut solunum sıkıntısı sendromunu (ARDS) tanımladılar ve o zamandan beri birçok revizyondan geçtiler. Berlin tanımına göre ARDS, ventilasyon-perfüzyon oranındaki dengesizlik, diffüz bilateral alveoler hasar (DAD) ve infiltrasyon, artmış akciğer ağırlığı veödem 2,3 nedeniyle akut solunum yetmezliği ve hipoksemiye (PaO 2/FiO2 > 300 mm Hg) yol açan bir akciğer inflamasyonudur. Pulmoner parankim, epitelyal, endotel ve diğer hücreler tarafından birleştirilen karmaşık bir hücresel ortamdır. Bu hücreler, alveollerde gaz değişimi ve homeostazdan sorumlu bariyerler ve yapılar oluşturur3. Epitel bariyeri içinde en bol bulunan hücreler, Na/K-ATPaz yoluyla gaz değişimi ve sıvı yönetimi için daha geniş bir yüzey alanına sahip alveolar tip I hücrelerdir (AT1). Ayrıca, alveolar tip II hücreler (AT2), alveoller4’teki yüzey gerilimini azaltarak yüzey aktif madde üretir. Altında, endotel hücreleri, pulmoner dolaşımı interstisyumdan ayıran yarı geçirgen bir bariyer oluşturur. İşlevleri arasında uyaranları tespit etmek, inflamatuar yanıtları koordine etmek ve hücresel transmigrasyonyer alır 5. Endotel hücreleri ayrıca gaz değişimini, vasküler tonusu ve pıhtılaşmayıdüzenler 5. Bu nedenle, endotelyal ve epitelyal fonksiyon bozuklukları proinflamatuar bir fenotipi şiddetlendirerek ARDS5’e yol açan akciğer hasarına neden olabilir.
ARDS gelişimi, bakteriyel ve viral pnömoni veya pulmoner olmayan sepsis, travma, kan transfüzyonu ve pankreatit gibi dolaylı faktörlerle ilişkili risklidir6. Bu koşullar, TNF-α, IL-1β, IL-6 ve IL-85 gibi proinflamatuar sitokinleri ve kemokinleri indükleyen patojenlerle ilişkili moleküler modellerin (PAMP’ler) ve hasarla ilişkili moleküler modellerin (DAMP’ler) salınmasına neden olur. TNF-α, endotel bariyeri bozulması ve akciğer parankimine lökosit infiltrasyonunda vasküler-endotelyal kaderin (VE-kaderin) bozulması ile bağlantılıdır. Nötrofiller, IL-8 ve LTB4 5,7,8 tarafından çekilen göç eden ilk hücrelerdir. Nötrofiller ayrıca proinflamatuar sitokinleri, reaktif oksijen türlerini (ROS)9 ve nötrofil hücre dışı tuzakları (NET’ler) oluşumunu artırarak ekstra endotel ve epitelyal hasara neden olur10. Epitel hasarı, AT2 hücrelerinde ve yerleşik makrofajlarda Toll benzeri reseptörlerin iltihaplanmasına ve aktivasyonuna yol açarak, enflamatuar hücreleri akciğerlere çeken kemokinlerin salınmasına neden olur4. Ayrıca, interferon-β (INFβ) gibi sitokinlerin üretimi, TNF ile ilişkili apoptozu indükleyen reseptörlere (TRAIL) neden olarak ATII hücrelerini apoptoza götürür, sıvı ve iyon berraklığını bozar4. Endotel ve epitelyal bariyer yapısının bozulması, sıvının, proteinlerin, kırmızı kan hücrelerinin ve lökositlerin alveoler boşluğa akmasına izin vererek ödeme neden olur. Ödem oluştuğunda, solunum ve gaz değişimini sürdürmek için pulmoner çaba değişir11. Hiperkapni ve hipoksemi, hücre ölümüne ve sodyum taşıma bozukluğuna neden olarak, zayıf temizleme kapasitesi nedeniyle alveolar ödemi şiddetlendirir10. ARDS ayrıca organ disfonksiyonu, artmış alveoler nötrofil yüzdesi ve alveolar geçirgenlik9 ile ilişkili yüksek IL-17A seviyelerine sahiptir.
Son yıllarda ARDS’nin patofizyolojisi, epidemiyolojisi ve tedavisi ile ilgili araştırmalarda ilerlemeler olmuştur12,13. Bununla birlikte, ARDS, mekanik ventilasyon ve sıvı tedavisi optimizasyonu ile sonuçlanan terapötik araştırmalardaki ilerlemeye rağmen heterojen bir sendromdur. Bu nedenle, daha etkili bir doğrudan farmakolojik tedaviye hala ihtiyaç vardır10 ve hayvan çalışmaları, ARDS mekanizmalarının ve müdahale hedeflerinin ortaya çıkarılmasına yardımcı olabilir.
Mevcut ARDS modelleri patolojiyi tam olarak kopyalayamamaktadır. Bu nedenle, araştırmacılar genellikle ilgi alanlarına daha uygun modeli seçerler. Örneğin, lipopolisakkarit (LPS) indüksiyon modeli, esas olarak TLR414 tarafından tetiklenen endotoksik şokla ARDS’yi indükler. HCl indüksiyonu asit aspirasyonunu taklit eder ve hasar nötrofilik bağımlıdır14. Öte yandan, mevcut sodyum oleat modeli, vasküler geçirgenliği ve ödemi artıran endotel hasarına neden olur. Ayrıca, sıvı formda oleik asit yerine sodyum oleat kullanılması, emboli risklerini ve kan pH’ındaki değişiklikleriönler 15.
ARDS için hayvan modelleri
Hayvan modellerinde yapılan klinik öncesi çalışmalar, patolojinin anlaşılmasına yardımcı olur ve yeni ARDS tedavileri araştırmaları için gereklidir. İdeal hayvan modeli, klinik duruma benzeyen özelliklere ve her hastalık evresinin, evriminin ve onarımının ilgili patofizyolojik özellikleri ile hastalık mekanizmalarının iyi tekrarlanabilirliğine sahip olmalıdır14. ARDS’de akut akciğer hasarını klinik öncesi değerlendirmek için çeşitli hayvan modelleri kullanılmaktadır. Bununla birlikte, tüm modellerin sınırlamaları olduğundan, insan patolojisini tam olarak yeniden üretmezler 6,14,16. Oleik asit kaynaklı ARDS, farklı hayvan türlerindekullanılır 17. OA enjeksiyonuna tabi tutulan domuzlar18, koyunlar19 veköpekler 20, alveolar-kapiller membran disfonksiyonu ve protein ve hücre infiltrasyonu ile artmış geçirgenlik ile hastalığın çok sayıda klinik özelliğini gösterir.
Örneğin, 1.25 μM’de OA, intravenöz olarak enjekte edilen transepitelyal taşımayı bloke ederek alveolar ödem15’e yol açtı. Alternatif olarak, A549 hücreleri kullanan in vitro modelde, 10 μM konsantrasyondaki OA, epitelyal sodyum kanalını (eNAC) veya Na/K-ATPaz ekspresyonunu değiştirmedi. Bununla birlikte, OA her iki kanalla da ilişkili görünmektedir ve aktivitelerini doğrudan inhibe etmektedir21. 0.1 mL/kg’da OA intravenöz enjeksiyon, akciğer dokusu tıkanıklığına ve şişliğine, kalınlaşmış alveolar septa ile alveolar boşlukların azalmasına ve inflamatuar ve kırmızı kan hücresi sayımının artmasına neden oldu22. Ayrıca, OA, akciğerdeki endotel ve epitel hücrelerinde apoptoz ve nekroza neden oldu15. Farelerde intratrakeal olarak bir tris-oleat çözeltisinin enjeksiyonu, stimülasyondan 6 saat sonra nötrofil infiltrasyonunu ve ödemi arttırdı23. 24 saatte OA enjeksiyonu proinflamatuar sitokin düzeylerini arttırdı (ör., TNF-α, IL-6 ve IL-1β)23. Ek olarak, 10 μM’lik bir tris-oleatın intravenöz (orbital pleksus) enjeksiyonu, seçici bir enzim inhibitörü olan 10-3 μM’de ouabain’e benzer şekilde pulmoner Na / K-ATPaz aktivitesini inhibe eder. Ayrıca, OA, hücre infiltrasyonu, lipid cisimciklerinin oluşumu ve lökotrien B4 (LTB4) ve prostaglandin E2 (PGE2) üretimi ile inflamasyonu indükler22,24. Bu nedenle, oleik asit kaynaklı ARDS ödem, kanama, nötrofil infiltrasyonu, artmış miyeloperoksidaz (MPO) aktivitesi ve ROS24 üretir. Bu nedenle, OA uygulaması akciğer hasarı için iyi bilinen bir modeldir22,25. OA’ya sahip bu makalede sunulan tüm sonuçlar, tuz formu olan sodyum oleatı temsil eder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klinik öncesi çalışmaları yürütmek için doğru ARDS modelinin seçilmesi esastır ve değerlendirici yaş, cinsiyet, uygulama yöntemleri ve diğerleri gibi tüm olası değişkenleri göz önünde bulundurmalıdır6. Seçilen model, sepsis, lipid embolisi, pulmoner vaskülatür iskemi-reperfüzyonu ve diğer klinik riskler gibi risk faktörlerine dayalı olarak hastalığı yeniden üretmelidir14. Bununla birlikte, ARDS için kullanılan hiçbir hayvan modeli, insa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz (FIOCRUZ), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Grant 001, Programa de Biotecnologia da Universidade Federal Fluminense (UFF), Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro (UNIRIO), Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), ve Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). Şekil 1 ve Şekil 2 BioRender.com ile oluşturulmuştur.
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).
