动物模型系列之常见呼吸系统疾病动物模型

呼吸系统H01代码下分为18个小类,笔者浏览近五年面上项目,大致筛选出各个代码下常见的研究方向或疾病(毕竟只是人工筛选,准确性欠佳,敬请谅解)。



接下来为大家介绍研究较多的几个疾病的常见造模方法,分别为哮喘、COPD、急性肺损伤、肺纤维化、肺动脉高压。

实验动物:小鼠、大鼠、豚鼠

造模试剂:卵清蛋白(OVA)、HDM(尘螨)

获得方式:一般自己构建。在造模过程先采用抗原致敏(腹腔注射OVA和氢氧化铝混合物或者鼻内滴入HDM)使动物机体内存在致敏物,然后气道局部激发(反复雾化或者滴鼻激发),诱导哮喘。

模型特点:造模时的致敏激发的时间间隔、剂量和频次不尽相同,通常获得的是嗜酸细胞性哮喘。若要研究其他表型的哮喘,需要调整剂量、改变流程或者添加LPS等试剂。

1.诱导模型

实验动物:小鼠、豚鼠、大鼠

造模试剂:香烟烟雾、空气污染物及有害气体(PM2.5、臭氧、二氧化氮)、脂多糖、弹性蛋白酶

获得方式:动物全身长时间放置在密闭容器内,暴露于香烟烟雾、空气污染物或者有害气体;气管内滴注脂多糖或者弹性蛋白酶。

模型特点:香烟烟雾、空气污染物或者有害气体诱导模型使用的物质、暴露的剂量、频次和时间不尽相同;脂多糖造模时间短,可用来模拟急性加重反应,但不能反应慢性病变的过程,通常需要和其他造模方法联用。

2.基因模型

实验动物:α1-抗胰蛋白酶等基因敲除小鼠

获得方式:直接购买

模型特点:α1-抗胰蛋白酶基因敲除小鼠是经典的COPD转基因模型,更准确地理解易感基因的致病机制。

1.机械通气致肺损伤模型

实验动物:兔子、大鼠

获得方式:使用呼吸机,予以特定的通气模式(例如:大鼠接受20mL/Kg的潮气量、85/min的呼吸频率2h

模型特点:急性肺损伤病理特征之一的透明膜常出现于大型的实验动物模型,而在大鼠或小鼠中很少出现,因此进行机械通气致肺损伤造模动物的选择需要谨慎。

2.吸入性急性肺损伤模型

实验动物:小鼠、大鼠、兔子

造模试剂:香烟烟雾、空气污染物及有害气体、脂多糖、活菌

获得方式:通过吸入、气管内滴入或静脉滴注脂多糖、活菌、烟雾、有害化学试剂及气体等导致肺组织损伤;反复损伤引起肺损伤。

模型特点:脂多糖引起的低氧血症较少;可以根据具体的研究类型选择造模试剂及方式。

实验动物:小鼠、大鼠

获得方式:最常用的方法是博来霉素气管内灌注,但用量国内外尚无统一标准。也有使用百草枯进行造模的方式。

模型特点:博来霉素气管内灌注造模效果稳定性差,灌注后都需要将小鼠旋转,以便药物在肺部能够分布均匀,肺部纤维化程度均匀。肺纤维化造模过程中存在死亡率需要增加造模数量。

1.低氧法

实验动物:大鼠

获得方式:将动物放置于低氧浓度及气压不同的氧舱内,大致有常压低氧、低压低氧、低氧高二氧化碳三种条件,

模型特点:低氧造模简单,易复制;不同造模时间及造模方式都能取得满意的效果;但缺乏肺动脉高压的内膜纤维化或从状损伤的病变。

2.野百合碱诱导法

实验动物:大鼠

获得方式:野百合碱60mg/kg经腹腔或皮下注射反复注射3-4

模型特点:野百合碱诱导模型成本低、可重复;炎症反应发挥重要作用;病理变化和人肺动脉高压类似;但在早期就可出现渗透性肺水肿、内皮屏障消失和显著的外膜炎症增生;同时可引起心脏和肝脏病变。

3.手术分流法

实验动物:大型动物(猪、犬)

获得方式:造模方法包括体循环动脉肺动脉分流术、动静脉分流术、心内分流术、肺叶切除、手术栓塞法、动脉缩窄法等

模型特点:大型动物的血管较粗,分流量大,容易操作,相对不易发生闭塞,能够较为方便的评估实验动物血流动力学情况,然而饲养大型动物价格高昂、制作成本高、死亡率高,需要有较高手术技巧。

4.骨形成蛋白受体2突变小鼠

实验动物:转基因小鼠

获得方式:直接购买后暴露于低氧中

模型特点:具有典型的肺动脉压力增高和肺血管重构病理改变;基因敲除小鼠并不一定发生肺动脉高压,提示骨形成蛋白受体2突变可能是肺动脉高压的遗传学基础。

总的来说,呼吸系统疾病模型的动物选择多样,小鼠一般可满足实验需求,但是不同品系对造模条件的反应不同,需要选择易感品系;造模方式多样,途径可以是雾化、气管内滴注、滴鼻,造模试剂有商品化的OVAHDM,有自行收集的PM2.5,亦有各类气体和化学试剂;造模的间隔和时长也没有统一的标准;几类疾病的造模方式有相似的地方,例如COPD和急性肺损伤。
由于造模方法多样,没有公认的标准,因此对于模型成功与否的评价尤为重要,常见的方法有:行为学观察,例如哮喘会出现抓耳挠腮、呼吸短促等哮喘发作症状;病理学HE染色观察肺部炎症浸润;病理学Masson染色观察纤维增生情况;病理学PAS染色观察杯状细胞增生;免疫组化检测疾病标志,如α-SMA肺泡灌洗液中的炎症细胞分类计数及ELISA检测细胞因子,如Th2相关细胞因子(IL-4,IL-13等);动物肺功能检测气道阻力及顺应性等指标;血液中的ELISA检测细胞因子。

参考文献

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