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实验方案

采用WBP全身体积描记系统评价肺病理变化


呼吸系统是由呼吸道(鼻、咽、喉、气管、支气管)和肺泡所组成。人体透过外呼吸(肺呼吸)和内呼吸(组织呼吸)完成新陈代谢的需要,与心血管系统有着密切的联系。肺脏除了主管呼吸功能外还具有防御、免疫及内分泌代谢功能。

而肺部炎症(感染性/非感染性)可直接导致肺部多种病变,包括粘液的产生、炎症细胞的集结和气道高反应(AHR)等。 通过直接侵入性手段(如机械通气)或间接的无创手段,如使用全身体积描记系统(Whole-Body Plethysmograph,WBP)测量气道高反应,可评估炎症性肺病动物模型中,肺部炎症的严重程度。虽然直接测量气道高反应被认为是评估气道力学的最准确的方法,但从无创手段WBP中获得的所有参数分析同样可以得出令研究人员满意的结果。


来自马萨诸塞州波士顿波士顿大学医学院病理学系的研究者Louis J. Vaickus等人曾发表过关于通过无创手段详细检测呼吸功能以评估肺病理变化的文章,相关成果发表在《The American Journal of Pathology》期刊。其研究团队直接采用了全身体积描记系统(WBP)对实验鼠进行了全面的呼吸参数检测并进行一系列的跟踪治疗研究,研究结果表明经地塞米松(Dexamethasone)治疗后,哮喘小鼠的肺功能获得明显改善。总之,详细的WBP参数的测定助力于准确地评价实验动物的肺部病理变化和呼吸健康。该研究对于呼吸类药物的开发及治疗研究,有着重要的参考借鉴价值,并有助于指导各种深入性研究。
该研究团队使用了全身体积描记系统(WBP)比较了两组经蟑螂过敏原致敏(CRA)的小鼠的呼吸参数。其中一组在最后激发时使用了地塞米松(Dexamethasone)治疗哮喘症状组(Dex-Asthma组),另一组则为载体对照组(Asthma组)。
过敏原致敏:CRA,是为德国蟑螂Blattella germanica的冻干全身提取物。 研究团队在无菌PBS溶液中重组了CRA,用酶联免疫吸附法测定Blag1和Blag2组分的浓度。 溶液浓度进行了调整,使50µl溶液含有8µg合并的Blag1和Blag2。研究团队于免疫(第0天)和2次过敏原激发(第14天和第21天)通过气管内给药,药物CRA溶液随即被实验鼠吸入。免疫剂量为1:2稀释储备液,激发剂量则为1:4稀释储备液,分别含有4µg和2µg合并的Blag1和Blag2。
地塞米松和载体治疗:在100µl无菌水中,对Dex-Naïve组和Dex-Asthma组小鼠腹腔内注射2.5mg/kg水溶性地塞米松。在Dex-Asthma组最终激发前2小时注射给药(AHR测量前26小时),AHR测量和牺牲2小时前再次注射给药。在Dex-Naïve组小鼠中,分别在AHR测量和牺牲26小时之前和2小时之前注射给药。Asthma组小鼠接受了两次与Dex-Asthma小鼠组同时进行的100µl无菌水注射。

呼吸测量:在最后一次激发的后24小时,Dex-Asthma组和Asthma组小鼠被放置在无约束的全身体积描记器中,并暴露于25mg/ml PBS、或50mg/ml乙酰甲胆硷的2分钟雾化中,紧接着采用WBP全身体积描记系统进行5分钟的记录。 Naïve组小鼠则与其他组小鼠在一天的同一时间进行评估。 所有呼吸参数由WBP同时采集、自动记录和导出,过程中无人为操作和干预。


采用全身体积描记系统(Whole-Body Plethysmograph,WBP)长期跟踪药物治疗效果,评价小鼠经过敏原致敏和治疗过程前后的详细肺功能的变化。实验主要采用了几个指标,即呼吸频率、潮气量、分钟通气量、呼气时间、呼气流量峰值、吸气时间、吸气流量峰值、吸气间歇Penh。潮气量(Tidal volume,TV)是平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。每分钟通气量(minute ventilation volume, MV),是指每分钟进或出肺的气体总量,为潮气量与呼吸频率的乘积。呼气流量峰值(peak expiratory flow ,PEF), 又称最大呼气流量,是指用力肺活量测定过程中,呼气流量最快时的瞬间流速。Penh则是气道阻力的间接评价指标。



全身体积描记系统(WBP)所得出的呼吸参数显示,Dex-Asthma组小鼠进入了代偿机制以维持高分钟通气量,而Asthma组小鼠在分钟通气量参数中表现出明显的损伤,即便呼气流量峰值PEF有所增加(103±5毫升/分钟对比69±70毫升/分钟)。 WBP数据表明,Dex-Asthma组小鼠的气体交换增强是由于气道粘液产生的显著减少所致。 组织学切片定量形态计量学的其他研究进一步证实了此药物降低了气道粘液的产生。
全身体积描记系统(Whole-Body Plethysmograph,WBP)作为无创检测动物肺功能的一种经典方式,避免了麻醉及气管插管测试对动物造成的直接损伤,可以对各种肺部疾病模型动物的肺功能指标进行长期跟踪研究。测量指标如潮气量、分钟通气量、呼气峰值流速、吸气峰值流速、呼吸频率、Penh等。这些数据和临床的数据可以建立直接的相关性,适用于各种肺部疾病及其药物开发的研究。


塔望科技在同类进口产品上升级整合,开发出集成化更高的全身体积描记系统,使操作最简化。目前该系统已被用于睡眠呼吸研究、哮喘研究、药物评价、毒性研究等。具有不同规格的体积描记器,适用于小鼠、大鼠、犬、猴等动物。

塔望科技全力支持研究者对肺部疾病的研究,若有需求可以联系我们。


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