Intraperitoneale Glucose-Toleranz-Test, Messung der Lungenfunktion und Fixierung der Lunge, um die Auswirkungen von Übergewicht und beeinträchtigter Stoffwechsel auf pulmonale Ergebnisse studieren
15. März 2018
Die Inzidenz der Adipositas steigt und erhöht das Risiko von chronischen Lungenerkrankungen. Die zugrunde liegenden Mechanismen und Präventionsstrategien, wohldefinierte Tier sind Modelle erforderlich. Hier bieten wir drei Methoden (Glukose-Toleranz-Test, Body-Plethysmographie und Lunge Fixierung), um die Wirkung der Fettleibigkeit auf die pulmonale Ergebnisse bei Mäusen untersuchen.
Das übergeordnete Ziel der folgenden drei Methoden ist es, den Einfluss von Fettleibigkeit und Stoffwechselstörungen auf die Lungenstruktur und -funktion zu untersuchen. Diese Methoden können helfen, zentrale Fragen der Atemwegsforschung nach dem Einfluss von Stoffwechselstörungen auf die Lungenstruktur und Lungenfunktion zu beantworten. Der Vorteil dieser Techniken besteht darin, dass sie kombiniert werden können, um die funktionelle Rolle des Stoffwechsels auf die Pathogenese chronischer Lungenerkrankungen zu beurteilen und verschiedene therapeutische Ansätze zu testen.
Die Implikationen dieser Techniken gehen über die Phänotypisierung hinaus und klären die spezifische funktionelle Rolle von metabolischen Zielen bei der Pathogenese von Lungenerkrankungen auf. Diese Methoden können auch auf die Untersuchung von Struktur und Funktion sowohl bei gesunden Tieren mit genetischen Veränderungen als auch in Tiermodellen für COPD und Asthma angewendet werden. Im Allgemeinen werden Personen, die neu in diesen Methoden sind, Schwierigkeiten haben, da das Einführen des Trachealtubus, die Insufflation der Lunge und die Verabreichung der Tiefenanästhesie Erfahrung und Training erfordern.
Die Idee zu diesen Methoden hatten wir, als wir entdeckten, dass früh einsetzende Adipositas bei Mäusen, aber auch beim Menschen eng mit dem Wirkungsstoffwechsel und mit chronischen Lungenerkrankungen über das Säuglingsalter hinaus verbunden ist. Um die intraperitoneale Glukosetoleranz zu messen, fesseln Sie eine 12-stündige nüchterne erwachsene Maus vorsichtig am Schwanz und verwenden Sie eine sterile Schere, um die Schwanzspitze einzuschneiden. Geben Sie sofort einen rieselfähigen Tropfen Blut auf den Teststreifen des Blutzuckermessgeräts, um den nüchternen Blutzuckerspiegel zu messen.
Das Testergebnis wird nach vier Sekunden auf dem Bildschirm des Blutzuckermessgeräts angezeigt. Nachdem Sie die Glukose für jedes Tier gemessen haben, beschriften Sie diese einzeln mit farbigen Markern und wiegen Sie die Tiere. Dann verabreichen Sie jedem Tier mit einer 27-Gauge-Nadel, die an einer Ein-Milliliter-Spritze befestigt ist, 100 Mikroliter Glukose pro Tonne Gramm Körpergewicht per intraperitonealer Injektion und messen die Blutzuckerspiegel 15, 30, 60 und 120 Minuten später mit neuen Teststreifen, wie gerade gezeigt.
Um die Lungenfunktion zu beurteilen, legen Sie eine erwachsene Maus in Rückenlage auf ein Pad und tragen Sie Salbe auf die Augen des Tieres auf. Nachdem Sie bestätigt haben, dass Sie nicht auf das Einklemmen der Zehen reagieren, befeuchten Sie das Fell in der Schilddrüsenregion mit 70%igem Ethanol und verwenden Sie eine Pinzette, um die Haut an der Mittellinie zwischen der Halskerbe am Brustbein und der Knollensymphyse des Mentums anzuheben. Machen Sie mit einer stumpfen Schere vorsichtig einen ein Zentimeter langen Hautschnitt in die Zelthaut, um das darunter liegende subkutane Fettgewebe und die Schilddrüse sichtbar zu machen, und legen Sie die Luftröhre frei, wobei die beiden Schilddrüsenlappen am Isthmus vorsichtig stumpf getrennt und die Sternothyreose und die Sternothyreose dissektioniert wurden.
Führen Sie mit einer scharfen Pinzette eine 4-0 geflochtene chirurgische Naht zwischen Luftröhre und Speiseröhre ein und schneiden Sie die Luftröhre vorsichtig ein, indem Sie den Kehlkopf zwischen den Trachealknorpeln mit einer Mikroschere schließen. Intubieren Sie mit einem Trachealtubus, sichern Sie den Schlauch mit einer chirurgischen Naht und bringen Sie das Tier in das beheizte Bett einer Körperkammer. Verbinden Sie den Trachealtubus mit der Frontplatte und schalten Sie das Beatmungsgerät ein.
Bestätigen Sie die Bewegung des Thorax gleichzeitig mit der Beatmungsrate, um die korrekte Platzierung des Trachealtubus zu bestätigen, und beobachten Sie das Drucksignal auf dem Computerbildschirm. Um Änderungen des transpulmonalen Drucks während der Beatmung zu kontrollieren, führen Sie einen Speiseröhrenschlauch auf Höhe der Lunge ein, die auf den Bildschirm blickt, um die Platzierung des Schlauchs zu erleichtern, wo eine maximale Druckablenkung und minimale Herzartefakte beobachtet werden können. Beginnen Sie die Datenerfassung gemäß den Anweisungen des Herstellers und geben Sie 10 Mikroliter PBS auf den Vernebler.
Beginnen Sie mit der Vernebelung nach fünf Minuten Akklamation, gefolgt von einer Reaktionsphase von drei Minuten, in der der Atemwegswiderstand und die Compliance des Atmungssystems gemessen werden. Lassen Sie das Tier drei Minuten lang genesen, bevor Sie mit der nächsten Vernebelung beginnen, und befolgen Sie die Anweisungen der Software für die schrittweise Anwendung einer Erhöhung der 10-Mikroliter-Methacholin-Konzentrationen auf dem Beatmungsgerät. Für die quantitative histomorphometrische Analyse des Lungengewebes verwenden Sie eine stumpfe Schere, um einen kleinen Schnitt in das Zwerchfell einer erwachsenen Maus zu setzen, und verwenden Sie eine gebogene stumpfe Schere, um einen peristernalen Schnitt über die gesamte Länge des Brustkorbs vorzunehmen, um den Thorax sanft zu öffnen.
Heben Sie den Brustkorb an, um die Pleurahöhle freizulegen und den Thymus zu entfernen. Nach der Entfernung des Herzens verwenden Sie eine scharfe Pinzette, um die Luftröhre vorzubereiten und freizulegen, um eine 4-0 geflochtene chirurgische Naht zwischen der Luftröhre und der Speiseröhre zu führen, gefolgt von einem vorsichtigen Schnitt der Luftröhre in der Nähe des Kehlkopfes zwischen den Trachealknorpeln. Intubieren Sie mit einer intravenösen 26-Gauge-Kanüle und verwenden Sie ein Fixiermittel, um die Lunge durch Druckfixierung bei einem konstanten Druck von 20 Zentimetern Wasser aufzublasen.
Nach 30 Minuten bei Raumtemperatur die Luftröhre ligatisieren und gleichzeitig die Kanüle entfernen. Schneiden Sie dann die Lunge vorsichtig heraus, ohne das Gewebe zu beschädigen, und lagern Sie die Lunge über Nacht in frischem Fixiermittel bei vier Grad Celsius. Übergewichtige Mäuse zeigen einen Anstieg der Serumglukosespiegel 15 und 30 Minuten nach der intraperitonealen Glukoseinjektion, was auf eine gestörte zelluläre Glukoseaufnahme im Vergleich zu Mäusen mit Standardnahrung hinweist.
Die invasive Lungenfunktionsanalyse zeigt eine bis zu 1,5-fache Erhöhung des Atemwegswiderstands bei adipösen, fettreichen Mäusen, die nach Stimulation mit Methacholin gefüttert wurden, im Vergleich zu Kontrolltieren. Die Hämatoxylin- und Eosinfärbung von Lungenparenchymschnitten nach intratrachealer Installation zeigt mehrere nicht aufgeblähte Bereiche, dicke Alveolarsepten und polygonal geformte Alveolen in der Lunge, die mit zu wenig Druck instilliert wurden. Im Gegensatz dazu führt ein zu hoher Instillationsdruck zu übermäßig aufgeblähten Bereichen mit zerstörten Alveolarsepten.
Die Anwendung des entsprechenden Drucks während der Lungenfixation führt jedoch zu einer vollständig aufgeblähten Lunge mit runden Lungenbläschen. Sobald die intraperitonealen Glukosetoleranztests gemeistert sind, können sie in zweieinhalb Stunden abgeschlossen werden. Die Lungenfunktionstests können in einer Stunde abgeschlossen werden, und die Lungeninsufflation kann in weniger als einer Stunde abgeschlossen werden.
Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Anpassung der Mäuse, die Schulung des Untersuchers und die Arbeit in einer ruhigen und stressreduzierten Umgebung für eine optimale Datenerfassung empfohlen werden. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet des Stoffwechsels und der Atemwegserkrankungen, um die Mechanismen und die Wirksamkeit von Behandlungsstrategien bei chronischen Lungenerkrankungen anhand von Kleintiermodellen zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Auswirkungen von Fettleibigkeit und Stoffwechselstörungen auf die Lungenstruktur und -funktion untersuchen können.
Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Tieren oder chirurgischen Instrumenten zu Verletzungen oder Hautreaktionen führen kann und dass bei diesen Eingriffen immer Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen der entsprechenden persönlichen Schutzausrüstung getroffen werden sollten.
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Übersicht
In diesem Artikel werden Methoden zur Untersuchung der Auswirkungen von Adipositas auf die Lungenstruktur und -funktion unter Verwendung von Tiermodellen besprochen. Dabei wird die Bedeutung dieser Techniken für das Verständnis chronischer Lungenerkrankungen hervorgehoben.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Respiratorische Forschung
- Stoffwechselerkrankungen
Hintergrund
- Fettleibigkeit ist mit chronischen Lungenerkrankungen verknüpft.
- Das Verständnis der Mechanismen erfordert gut definierte Tiermodelle.
- Die Forschung zielt darauf ab, die funktionelle Rolle des Stoffwechsels bei der Entstehung von Lungenerkrankungen zu untersuchen.
- Die Methoden können sowohl auf gesunde als auch auf kranke Modelle angewendet werden.
Zweck der Studie
- Um die Auswirkungen von Adipositas auf pulmonale Ergebnisse zu bewerten.
- Um präventive Strategien für chronische Lungenerkrankungen zu entwickeln.
- Um die funktionelle Rolle metabolischer Zielstrukturen aufzuklären.
Verwendete Methoden
- Glukosetoleranztest
- Körperplethysmographie
- Lungenfixierung
- Kombination von Techniken zur umfassenden Beurteilung
Hauptergebnisse
- Methoden liefern Einblicke in die Lungenstruktur und -funktion.
- Techniken können helfen, therapeutische Ansätze zu testen.
- Ergebnisse tragen zum Verständnis von COPD und Asthma bei.
- Es ist Erfahrung erforderlich, um die Technik korrekt anzuwenden.
Schlussfolgerungen
- Diese Methoden sind entscheidend, um die Auswirkungen von Adipositas auf die Lungenfunktion zu untersuchen.
- Sie ermöglichen die Erforschung metabolischer Störungen bei Atemwegserkrankungen.
- Eine Schulung ist für die effektive Anwendung dieser Techniken unerlässlich.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die metabolische Dysfunktion im Zusammenhang mit Adipositas stellt einen zunehmenden Risikofaktor für chronische Lungenerkrankungen dar und erfordert präklinische Modelle, die systemische Stoffwechselvorgänge mechanistisch mit pulmonalen Endpunkten verknüpfen können. Die integrierte Beurteilung der Glukosetoleranz, der Lungenfunktion und der histologischen Struktur ermöglicht eine Absicherung therapeutischer Hypothesen, indem quantitative und reproduzierbare Messgrößen über metabolische und respiratorische Bereiche hinweg bereitgestellt werden. Dieser Ansatz unterstützt die Zielvalidierung und erhöht die Vorhersagesicherheit in der frühen Entdeckungsphase, indem er aufzeigt, ob metabolische Interventionen die Lungenerkrankung in krankheitsrelevanten Systemen verändern.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Untersucht die funktionelle Rolle metabolischer Zielstrukturen bei der Entstehung von Lungenerkrankungen, indem eine Glukoseintoleranz als Biomarker für eine beeinträchtigte zelluläre Aufnahme gemessen wird.
- Operativer Wert: Ermöglicht die Aufklärung von Signalwegen durch standardisierte ipGTT-Verfahren, die eine durch die Ernährung verursachte metabolische Dysregulation in Modellen mit Adipositas nachweisen können.
- Prädiktiver Wert: Unterstützt die Selektion von Projekten, indem metabolische Beeinträchtigungen mit funktionellen Lungenparametern über gleichzeitige Messungen des Atemwegswiderstands und der Compliance verknüpft werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme für nachgeschaltete Arbeitsabläufe vor, indem die Lungen bei standardisiertem Druck fixiert werden, um eine reproduzierbare alveoläre Morphologie für die histomorphometrische Analyse sicherzustellen.
- Operativer Wert: Trägt durch schrittweise Methacholin-Belastungsprotokolle zur Standardisierung von Assays bei, die die dosisabhängige Bronchokonstriktion bei fettleibigen im Vergleich zu kontrollierten Tieren quantifizieren.
- Skalierbarkeit: Unterstreicht die Wiederverwendbarkeit der Plattform in COPD- und Asthma-Modellen und ermöglicht so eine konsistente Beurteilung der Lungenstruktur und -funktion in genetisch veränderten oder erkrankten Kohorten.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Erläutert die Krankheitsrelevanz, indem systemische entzündliche und metabolische Regulationsstörungen mit strukturellen Veränderungen im Lungengewebe wie verdickten Septen und polygonalen Alveolen verknüpft werden.
- Operationaler Wert: Beschreibt den kontinuierlichen Ablauf von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung, indem gezeigt wird, dass die Lungenfixierung bei einem Druck von 20 cm H2O rundenförmige Alveolen ergibt und somit zuverlässige quantitative Endpunkte ermöglicht.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Geht auf die mechanistische Entlastung von Risiken ein, indem dargestellt wird, dass ein geeigneter Insufflationsdruck Überdehnung oder Kollaps verhindert und so die artefaktbedingte Variabilität bei histologischen Bewertungen verringert.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode verortet sich innerhalb des Entdeckungsspektrums von der Hypothesenprüfung bis hin zur Identifizierung von Leitstrukturen und unterstützt die iterative Bewertung metabolischer Interventionen bezüglich der Lungenstruktur und -funktion in präklinischen Modellen.
- Entdeckungsbiochemie: Erläutert, wie die Methode die Hypothesenprüfung unterstützt, indem sie die Glukosekonzentration im Serum 15 und 30 Minuten nach der Injektion misst, um die zelluläre Glukoseaufnahme in Modellen der Adipositas zu bewerten.
- Screening: Beschreibt die Einsatzbereitschaft des Assays anhand reproduzierbarer Messungen des Atemwegswiderstands und der Compliance nach Nebulisation und Methacholin-Belastung, wodurch der Vergleich von Wirkstoffeffekten ermöglicht wird.
- Analytik: Betont quantitative abhängige Variablen wie den erhöhten Atemwegswiderstand (bis zu 1,5-fach) und veränderte alveoläre Morphologie, die Teams bei der Beurteilung metabolischer und pulmonaler Phänotypen unterstützen.
- Translationale Forschung: Verbindet die Methode mit der präklinischen Kontinuität, indem sie Protokolle zur Lungenpräparation und -fixierung aufzeigt, die die Gewebestrukturintegrität für die histologische Analyse über verschiedene Studiengruppen hinweg bewahren.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Stellt die Methode als wiederverwendbare Fähigkeit dar, nicht als Einmaltechnik, anwendbar sowohl bei gesunden Tieren mit genetischen Modifikationen als auch bei Krankheitsmodellen von COPD und Asthma.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit, Zielvalidierung, Verringerung mechanistischer Unschärfen bei der Verbindung zwischen Adipositas und Lungenerkrankungen.
- Operationaler Wert: Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit metabolischer und funktioneller pulmonaler Beurteilungen.
- Strategischer Wert: Bessere Go/No-Go-Entscheidungen, Kapital-Effizienz und verringertes biologisches Risiko in späteren Phasen durch frühe metabolische Phänotypisierung.
- Portfolio-Implikation: Risikoadjustierte Priorisierungs- und Weiterentwicklungsentscheidungen basierend auf übereinstimmenden Ergebnissen zur Glukosetoleranz, Lungenfunktion und Histologie.
Durchführungsüberlegungen
- Notwendige wissenschaftliche Fachkenntnisse in chirurgischen Verfahren, einschließlich Trachealintubation, Lungeninsufflation und Glukoseverabreichung.
- Erforderliche Instrumentierung und analytische Infrastruktur wie Glukometer, Beatmungsgeräte, Drucküberwachungssysteme und Vernebler zur Methacholinapplikation.
- Anforderungen an die Standardisierung zwischen Teams hinsichtlich einheitlichem Tierfasten, Injektionsdosierung und zeitlichem Ablauf der metabolischen und funktionellen Messungen.
- Überlegungen zur Anpassung an verschiedene Modellsysteme, einschließlich gesunder, genetisch veränderter und durch Krankheit induzierter fettleibiger Mäuse.
- Praktische Einschränkungen, die durch die Quellen belegt sind: Aufgrund der technischen Komplexität der chirurgischen Schritte wird eine Einarbeitung der Untersucher sowie eine stressreduzierte Umgebung für eine optimale Datenerhebung empfohlen.
