Un método estandarizado para medir el área de la superficie pulmonar interna mediante neumonectomía y prótesis de ratón
Summary
El área de superficie pulmonar interna (ISA) es un criterio crítico para evaluar la morfología pulmonar y la fisiología en las enfermedades pulmonares y la regeneración alveolar inducida por lesiones. Describimos aquí un método estandarizado que puede minimizar el sesgo de medición para ISA tanto en neumonectomía pulmonar como en modelos de ratón de implantación de prótesis.
Abstract
Pulmonary morphology, physiology, and respiratory functions change in both physiological and pathological conditions. Internal lung surface area (ISA), representing the gas-exchange capacity of the lung, is a critical criterion to assess respiratory function. However, observer bias can significantly influence measured values for lung morphological parameters. The protocol that we describe here minimizes variations during measurements of two morphological parameters used for ISA calculation: internal lung volume (ILV) and mean linear intercept (MLI). Using ISA as a morphometric and functional parameter to determine the outcome of alveolar regeneration in both pneumonectomy (PNX) and prosthesis implantation mouse models, we found that the increased ISA following PNX treatment was significantly blocked by implantation of a prosthesis into the thoracic cavity1. The ability to accurately quantify ISA is not only expected to improve the reliability and reproducibility of lung function studies in injured-induced alveolar regeneration models, but also to promote mechanistic discoveries of multiple pulmonary diseases.
Introduction
La función fundamental del pulmón es el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre los vasos sanguíneos y la atmósfera. Las enfermedades pulmonares como la displasia broncopulmonar (BPD), la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y las infecciones respiratorias agudas, resultan en una disminución de la ISA 2 . Los investigadores que estudian la enfermedad pulmonar han desarrollado varios métodos cuantitativos para evaluar los cambios morfológicos en los pulmones, incluyendo MLI, ILV, el número de unidades de intercambio de gases, ISA, y el tejido pulmonar cumplimiento [ 2 , 3] . Los estudios pioneros de Weibel et al. 4 y Duguid et al. 5 juntos establecieron que la ISA puede usarse como una medida directa de la capacidad de intercambio de gas pulmonar en los pulmones humanos y puede usarse como criterio para determinar la gravedad del enfisema. Varios estudios publicados en los últimos cinco años han utilizado parámetros morfológicos pulmonares ( por ejemplo, </eM> ISA y MLI) para evaluar los cambios morfológicos y funcionales en los pulmones de los ratones durante el desarrollo 6 y durante la recuperación de la lesión PNX 1 , 7 . ISA se calcula utilizando la ecuación 1 8 , 9 :
, Donde ILV es el volumen pulmonar interno y MLI es un parámetro intermedio que representa el espacio periférico pulmonar tamaño 10 .
La PNX, la extirpación quirúrgica de uno o más lóbulos pulmonares, ha sido ampliamente reportada para inducir la regeneración alveolar en muchas especies, incluyendo humanos 11 , ratones 1 , perros 12 , ratas 13 y conejos 14 , 15 . Un sementalY de los pulmones de ratones a los catorce días post-PNX mostró que tanto la expansión de los alvéolos pre-existentes y la formación de novo de los alvéolos contribuir a la restauración de ISA, ILV, y el número de alveolos en los tejidos pulmonares restantes [ 1] . Nosotros y otros hemos demostrado que la inserción de materiales como esponja, cera o una prótesis personalizada en la cavidad torácica vacía después de PNX ( es decir , la implantación de la prótesis) impide la regeneración alveolar. Ahora está firmemente establecido que la fuerza mecánica funciona como uno de los factores más importantes para iniciar la regeneración alveolar 1 , 16 , 17 . Tales estudios han puesto de relieve la eficacia del uso de los valores ISA de los pulmones tratados con PNX y prótesis implantada como criterio para evaluar cuantitativamente la regeneración alveolar.
Se sabe que el sesgo del observador influye significativamente en la vaPara los parámetros morfológicos pulmonares ( por ejemplo , MIL e ILV). Se pueden utilizar protocolos estandarizados para obviar este sesgo en la determinación de ILV y MLI, que son los dos parámetros utilizados en el cálculo de ISA. Aquí, proporcionamos protocolos altamente detallados y estandarizados para medir estos parámetros pulmonares. Es importante destacar que la capacidad de cuantificar con precisión ISA promete mejorar la fiabilidad y la reproducibilidad de los estudios de la función pulmonar en modelos de regeneración alveolar inducidos por lesiones y facilitar los descubrimientos mecanísticos en múltiples enfermedades pulmonares.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este protocolo, proporcionamos descripciones detalladas sobre la medición de los parámetros pulmonares después de la PNX del pulmón izquierdo del ratón y la implantación de la prótesis. La ISA se considera ahora una métrica clave para la evaluación de la función respiratoria en muchas enfermedades pulmonares y en la regeneración alveolar inducida por lesiones. Sin embargo, aunque la comunidad de investigación pulmonar está de acuerdo sobre la utilidad de la ISA como una métrica útil, hasta la fecha, ha…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer el apoyo del Instituto Nacional de Ciencias Biológicas de Beijing. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Municipal de Ciencias Naturales de Beijing (No. Z17110200040000).
Materials
| Low cost cautery kit | Fine Science Tools | 18010-00 | |
| Noyes scissors | Fine Science Tools | 15012-12 | |
| Standard pattern forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | |
| Castroviejo Micro Needle Holders | Fine Science Tools | 12060-01 | |
| Vessel clips | Fine Science Tools | 18374-44 | |
| I. V. Cannula-20 gauge | Jinhuan Medical Product Co., LTD. | 29P0601 | |
| Surgical suture | Jinhuan Medical Product Co., LTD. | F602 | |
| Mouse intubation platform | Penn-Century, Inc | Model MIP | |
| Small Animal Laryngoscope | Penn-Century, Inc | Model LS-2-M | |
| TOPO Small Animal Ventilator | Kent Scientific | RSP1006-05L | |
| Thermal pad | Stuart equipment | SBH130D | |
| Pentobarbital sodium salt | Sigma | P3761 | |
| Heparin sodium salt | Sigma | H3393 | |
| Hematoxylin Solution | Sigma | GHS132 | |
| Eosin Y solution, alcoholic | Sigma | HT110116 | |
| 10 ml Pipette | Thermo Scientific | 170356 | |
| Paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
| O.C.T Compound | Tissue-Tek | 4583 | |
| cryosection machine | Leica | CM1950 | |
| Disposable Base Molds | Fisher HealthCare | 22-363-553 | |
| 18 gauge needle | Becton Dickinson | 305199 | |
| Povidone iodine | Fisher Scientific | 19-027132 | |
| 70% ethanol | Fisher Scientific | BP82011 | |
| Infusion sets for single use | Weigao | SFDA 2012 3661704 | |
| Phosphate buffered saline | Gibco | 10010023 | |
| Tapes | 3M Scotch | 8915 | |
| Cotton pad | Vinda | Dr.P | |
| Silicone prosthesis | Custom made | ||
| Brightfield microscope | Olympus | VS120 | |
| Ruler tool | Adobe Photoshop |
References
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