試薬の挿管媒介気管内(IMIT)点滴は、呼吸器疾患を研究するための優れた、非侵襲的な方法だけでなく、肺に直接治療薬を浸透させるための方法である。これは前臨床試験のために適して迅速かつ高度に再現可能な方法である。
呼吸器疾患の研究は、典型的には、サロゲートシステムなどのマウスモデルの使用を含む。しかし、マウスおよびヒトの呼吸器系との間に有意な生理学的な相違は、特にその上部気道(URT)である。鼻腔内点滴注入法を使用する場合にいくつかのモデルでは、マウスの鼻腔内でこれらの差異は、潜在的にこれらの疾患を研究するためにマウスモデルの有用性を制限し、下気道(LRT)の疾患進行とプレゼンテーションに大きな影響を持つことができる。これらの理由から、URTの関与が存在しない場合にLRT疾患を研究するためにマウスの肺に直接細菌を植え付けるための技術を開発することが有利であろう。我々は、この肺特異的送達技術挿管媒介気管内(IMIT)点滴と呼ばれている。この非侵襲的手法は、より侵襲traditi中に発生する可能性が血流の中に点滴注入の可能性を最小限に抑える角項外科気管内感染のアプローチ、および付随的消化管の配信の可能性を制限します。 IMIT最初に肺に細菌の直接送達を媒介するためにカテーテルに鈍針を挿入した気管内に適切なカテーテル配置を確保するために中間段階で、挿管されたマウスでは、二段階プロセスである。このアプローチは、肺全体に試薬の優れた分布と、肺に配達の> 98%の有効性を容易にします。したがって、IMITは、人間の呼吸器疾患を研究するためのサロゲートとしてマウスを使用する能力に改善し、肺に直接LRT疾患や治療的送達を研究するための新規なアプローチを表しています。さらに、この送達システムの精度および再現性は、また、安全性試験実施基準(GLPS)の影響を受けやすいだけでなく、肺への高効率送達を必要とする試薬の広い範囲の配達になる。
マウスは、呼吸器疾患の無数を含む多数のヒトの疾患の症状をモデル化するために使用されている。サロゲート疾患モデルは、一般的に、多くの場合、重要な生理学的または2つのホストモデルでの免疫の違いによるモデル化された疾患のすべての側面を再現することはできません。このように、モデルシステムの改善の目的は、元のホストシステムで観察されるような代用物は、より密接に、疾患プロセス又は宿主応答をミラーリングを可能にするアプローチを開発することである。彼らは空気を鼓舞するためのメカニズムでマウスとヒトの間でいくつかの重要な生理的な違いがあります。 URTとLRTの間のサイズの大幅なレシオメトリックな違いは、これらの違いに含まれる。それは、マウスは> 100総肺容量1,2に対して正規のヒトへURT表面積を相対的に、折る有することが推定されている。このように、マウスの鼻甲介はbreathiのはるかに大きな割合を容易にするためのインスピレーションの空気のより広範なフィルタリングを可能に鼻腔の感染が疾患の進行に重要な役割を果たしている場合ngが、肺炎の研究に大きな影響を有していてもよい。
いくつかの異なるアプローチが人間のような呼吸器疾患を研究するためにマウスの肺に細菌を植え付けるために使用されてきた。これらのアプローチの最も一般的なものは、液体懸濁液をマウスの一方または両方の鼻孔に適用される鼻腔内接種である。比較的単純ながら、そのような鼻腔内接種3-5を経由して、LRTに点滴の効率に影響を与える可能性が使用される全身麻酔の点眼量や種類などの注意点。具体的にはMiller ら 50未満μlをLRT 6内に細菌の点滴には至らなかったボリュームで野兎病菌の鼻腔内点滴注入を示している。吸入イソフルランを使用する際に麻酔用注射さケタミン/キシラジンとは対照的に、彼らは、さらに優れたLRTの点滴を観察した。しかし、私たちの経験豊富ペスト菌の鼻腔内接種された電子は、イソフルラン(MBL、未発表データ)と比較して、より一貫した接種はケタミン/キシラジンを用いて達成することができることを示します。これらの違いは、使用される病原体や実験手順のばらつきに起因しますが、重要なのは、この技術の潜在的な変動性を強調することができた。さらに、初期の細菌接種の比較的低い割合が肺に達したことを鼻腔内点滴注入のショーの後まもなく収穫肺の細菌が多数いることを示唆している、( ペスト菌の場合は、わずか10%が点眼7の1時間後に回収した) URTに保持(または胃腸管に飲み込ま)することができた。生物は、ヒト疾患と矛盾した方法でマウスの鼻腔コロニー形成することができる場合、特定の疾患モデルでは、URT粘膜上の細菌のこの重要な堆積は、疾患進行の理解を混乱させることができる。例えば、 生体内で使用して</全角>をイメージングは、それが鼻腔内点滴注入法8により送達された場合に、人間のURTにコロニーを形成しない疽菌は 、マウスの鼻腔の圧倒的な日和見感染を引き起こすことが観察されている。
マウスの肺に細菌を浸透させるための他の方法はまた、感染症の研究に用いられてきた。経口的[消化管とLRT];しかし、鼻腔内点滴注入に比べ、これらの方法は、複数の部位( 例えば 、エアゾール[URTおよびLRT]で感染開始の可能性を排除することなく、より多くの技術的な専門知識および/ または高価な装置を必要とする傾向があり、外科的気管内[LRTと血流])。感染のセカンダリサイトに関連付けることができた潜在的な合併症を考えると、我々はURTをバイパスし、直接麻酔したマウスの肺に病原体を提供し、気管内アプローチを開発しようとしただけでなく、不注意inoculatを制限血流または胃腸管へイオンを打ち込む。この終わりに向かって、挿管媒介気管内(IMIT)点滴前点滴に適切なカテーテル留置を確認するために中間ステップを含めることによって、接種材料のLRT点滴を保証非外科的手順として開発されました。この方法は、視覚的に、肺全体に接種物の広い分布を実証し、P.、染料点滴を用いて説明する肺へのこの方法の非常に有効配信を実証する緑膿菌点滴(接種材料の> 98%)。他の呼吸器疾患モデルの研究のための様々な分子のⅰ)点滴、ⅱ)肺特異的治療的送達、およびターゲットを含むⅲ)基本的な肺機能の研究、:もともと細菌送達のために開発しながら、重要なこと、IMITものための効果的なツールを提供しています肺へのsiRNA送達。
IMIT点滴を再現肺に直接試薬を植え付ける能力の既存の呼吸器疾患モデルに主な改善を提供しています。それはIMIT技法を行い、誰が麻酔およびケージングの物流を管理しそのうちの一つ、理想的には2人の研究者のチームのために位置している急速なアプローチであり、もう。マウス当たり3分 – 大規模研究では2の平均時間のコミットメントとIMITを使用して行うことができる。アプローチは、麻酔薬としてのイソフルランを使用するので、マウスが回復を通して動物を監視する畜産時間を短縮すること、麻酔から急速に回復する。
IMIT方法の中で最も技術的に困難な側面は、マウスを挿管の初期段階である。 IMITを実行することを学ぶ個人はカテーテル留置のこの第一段階に集中することであり、挿管が染料移動の視覚的確認によって達成されたことを保証する。アプローチの利点は、肺スペックですIFIC点滴注入は、新しい研究者の双方の信頼だけでなく、困難な動物を挿管しようとする専門家を増加挿管の確認、の使用によって保証されています。成功した挿管の可能性を最適化する重要な要素は次のとおりです。深い鎮静を達成i)は、ⅱ)口の中で検鏡の正しい配置は第III)は、良好な深さの配置、喉頭蓋の良い可視化を可能にするのに十分な作業時間を可能にするために検鏡舌は手順全体を通して後退したまま、そして手順はリラックスして安定したアプローチを用いて実施されるように、ⅳ)傾斜プラットフォームの使用が研究者の手を支援するようにします。
IMIT手順の制限の一つは、IMIT点滴注入事象の頻度に関連している。逃した挿管に関連する潜在的な外傷が原因で、それは以上の2挿管の試みが(最大2ミスまで)単一のセッションで行われることが推奨されていません。 IMITマウス肺に治療薬を送達するために使用させる能力に優れた潜在能力を有するが、肺への試薬の非常に頻繁な送達を利用する治療法はIMITには適していない。これは、挿管に伴う外傷の大部分が失わ挿管イベントに関連すると考えられているように、IMITが有意な外傷を引き起こすことなく、マウスの肺内に試薬を送達するために日常的に使用され得ることが、高度に熟練した研究者が行った場合にのみ可能である。このような高周波IMITは、地元の獣医師や動物実験委員会で議論されるべきである。
IMITのさらなる潜在的な制限は挿管されているマウスのサイズです。 20 Gカテーテルは、このサイズ範囲内のマウスの気管に適したサイズであることが見出された22gの、 – 上述のIMIT手順は、約17匹のマウスを使用して開発された。大きなカテーテルが正常老齢マウスで使用されてきた。 IMIT mの初期開発> 20グラムであるBALB / cマウスにおける18 GカテーテルのADEの使用。代替のカテーテルサイズが使用される場合、重要なことに、鈍い針はカテーテルの内腔に適合し、カテーテル先端を越えてちょうど1ミリメートルを拡張長さにトリミングされた供給されるべきである。 17グラム未満のマウスの挿管が可能かもしれないが、必要な専門知識のために推奨されていません、と小さくカテーテルおよび上記に記載されているよりも検鏡の使用を必要とするであろう。
我々は、P。に加えて、いくつかの呼吸器病原体の送達にIMITを使用してきたB.含む緑膿菌 、 疽菌 9および肺炎桿菌 10。 IMITモデルは、Bの我々の研究にとって重要な進歩を遂げています疽菌呼吸器疾患は、鼻腔内接種ではなく、ヒトの疾患9で観察された全身性疾患のエンドポイントよりもマウスの初期の、URT関連の病的状態を引き起こすことを識別した。B.疽菌は、ティア1セレクです生体防御衝撃tの薬剤、ならびに、呼吸器疾患モデルは、エアロゾル曝露のために開発されているように、そのモデル兵器病原体のエントリが潜在的生体防御関連経路。現在のエアロゾルのモデルは、我々はBの鼻腔モデルに特定した同電位の早期罹患表現型、URTおよびLRTの両方の感染につながるため、 疽菌呼吸器疾患は、エアロゾルモデルに適用される場合があります。 IMITモデルの将来の適応はマウスのみ肺へのターゲットエアロゾル送達のために挿管されている挿管媒介エアロゾル送達(IMAD)、である可能性があります。人工呼吸器は、エアロゾル化し、液体ベースではなく、病原体チャレンジを送達するように適合することができたイソフルラン麻酔を維持するために現在利用可能である。
IMITは、肺への細菌の送達を最適化するためのアプローチとして最初に開発されたが、また、マウスの肺への他の試薬を送達するための用途を有した。 DISとして上記cussed、低効率でマウスの結果への化合物の鼻腔内送達、肺の標的臓器への試薬の非常に可変配達。我々はIMITが> 98%配信の有効性および多葉分布に近づく他の肺送達に対する優れた代替手段を提供することが実証されているのに対し、マウス肺へのポジトロン放出断層撮影(PET)画像化試薬の鼻腔内送達は、40%の送達効率11が得られた。肺への標的送達のこの改善は、肺疾患の治療のための治療的送達の再現性を高める可能性がある。 ⅰ)環境肺刺激物の影響は、ⅱ)肺がん表現型の研究は、ⅲ)肺特異的siRNAがノックダウン:IMITは、同様の研究をに利益を提供することができます。
The authors have nothing to disclose.
The authors are grateful for the support from the Center for Predicative Medicine Animal Models (Carol Vanover, Ashley Biller and Jennifer Kraenzle) and Microbiology (Daniel Cramer and Julie Sotsky) Core Facilities. This work was supported by funding from the NIH (HHSN272201000033I to M.B.L and J.M.W.).
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Rodent, Tilting WorkStand | Hallowell EMC | 000A3467 | Base should be detached when working in a BSC |
Operating Otoscope Head | Welch Allyn | 21700 | |
Otoscope 3.5 V Li Battery | Welch Allyn | 71900 | |
Mouse Intubation Specula short, Autoclaveable | Hallowell EMC | 200A3589S | |
Incisor Loops | Hallowell EMC | 210A3490A | |
Cotton fine tip applicator | Puritan | 871-PC DBL | Used for tongue retraction |
I.V. Catheter, 20G | Exel Int | 26741 | Optional: fit a silicon sleeve with 10mm exposed catheter surface |
Gas tight syringe, 250ul | Hamilton | 81120 | Used for delivery of liquid inoculum by IMIT |
Blunt Needle, 22G | Hamilton | 91022 | Trim to length to protrude 1mm from 20G catheter |
Guide wire (Fiber optic wire, 0.5mm) | TheFiberOpticStore.com | FOF .50 | Cut to 6" length: used as guide wire for intubation |
Tuberculin syringe, 1ml | Becton Dickinson | 309659 | Assemble with fiber optic wire as guide wire |
Brilliant Blue R (Coomassie) | Sigma | B0149 | |
Tygon tubing, 1/16" | Saint Gobain | ALC00002 | |
Male luer 1/16" barb | Cole Parmer | 45503-22 | |
Female luer 1/16" barb | Cole Parmer | 45500-00 | |
Lidocaine, USP | Spectrum | LI102 | pH lidocaine into solution at 2%(w/v) pH7.0 |
Sample bag, 1oz | Whirl-Pak | B01067 | |
U-bottom 96 well plate, sterile | Greiner | 650161 |