動物COPD造模實驗之--如何選擇動物暴露單元
瀏覽次數(shù):774 發(fā)布日期:2024-5-14
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關(guān)于口鼻吸入暴露設(shè)備和全身暴露染毒設(shè)備的區(qū)別和選型其實有專門的文章介紹,但比較多的是在常規(guī)的毒理學(xué)研究中進行比較,問題是在常規(guī)的毒理學(xué)研究中,即使是慢性暴露實驗也很少能夠持續(xù)如動物熏煙造模實驗的時間的,所以針對熏煙造模實驗,我們有必要在重新梳理介紹,了解其區(qū)別以幫助我們尋找適合的熏煙造模儀器設(shè)備。
慢性阻塞性肺(COPD)動物模型制備是慢阻肺疾病的形成,發(fā)生與發(fā)展的重要基礎(chǔ)條件,根據(jù)經(jīng)典的動物熏煙造模實驗要求,通常需要3-6個月的長期持續(xù)地動物香煙煙氣暴露,對于如此長期的實驗來說實驗成敗往往影響巨大,對于部分實驗人員來說甚至是無法承受的,比如等待文章畢業(yè)的研究生。
能夠影響COPD造模成功與否的因素有很多,比如動物飼養(yǎng),儀器的選用,實驗的設(shè)計,這其中核心儀器設(shè)備即為動物暴露系統(tǒng)。常用的動物暴露系統(tǒng)有兩種,一種是動物行為受限的僅通過口鼻吸入方式熏煙的口鼻吸入暴露系統(tǒng),和動物可以自由活動全身暴露于煙氣環(huán)境中的全身暴露染毒系統(tǒng)。
首先,我們簡單介紹口鼻吸入暴露設(shè)備和全身暴露染毒設(shè)備兩種儀器各自的優(yōu)缺點,從四個方面逐一介紹:
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口鼻吸入暴露設(shè)備 |
全身暴露染毒設(shè)備 |
備注 |
動物類型數(shù)量 |
各種動物(小鼠-靈長類),最高120只 |
各種動物,最高60只 |
僅指一套設(shè)備同時可以操作的實驗數(shù)量,且考慮到實驗重復(fù)性 |
動物間的實驗偏差 |
偏差相對較小 |
偏差相對較大 |
相同實驗數(shù)量下比較 |
主要弊端 |
動物因行為首先造成實驗壓力,動物口鼻端口被分泌物堵塞等 |
動物全身沾染到煙氣,由于舔舐毛發(fā)及爪造成消化道毒性干擾 |
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如上標所述,兩種設(shè)備的主要區(qū)別可簡單歸結(jié)為,可同時對更多動物熏煙,且口鼻吸入暴露設(shè)備實驗重復(fù)性好,無消化道毒性干擾,但動物實驗壓力大,而全身暴露染毒設(shè)備比較適用于較小量的動物,實驗容易操作,動物實驗壓力較小,但實驗數(shù)據(jù)重復(fù)性以及干擾較大。所以根據(jù)實驗需求,我們可以選擇比較適用的類型。針對兩種類型設(shè)備的弊端,一些廠家通過進一步的結(jié)構(gòu)和軟件優(yōu)化很大程度降低了影響。比如德伯科技(databiosci)通過隔離鼠籠的使用大大提高了動物間實驗重復(fù)性。
全身暴露染毒設(shè)備選擇:目前國內(nèi)許多實驗室仍采用自制熏煙箱方法進行熏煙造模實驗,或購買廉價產(chǎn)品進行實驗。這也是COPD造模失敗案例中占最大比例的,比較顯著的特點是熏煙箱不符合空氣動力學(xué)氣體均一性分布沉降要求,熏煙箱內(nèi)煙氣濃度非常不穩(wěn)定或者無法控制,嚴重的情況會造成動物缺氧死亡。我們建議從以下三點進行改善:1. 熏煙箱結(jié)構(gòu)盡量符合卵形設(shè)計;2. 可調(diào)節(jié)熏煙箱內(nèi)煙氣流量及壓力;3. 采取措施避免動物大范圍活動及相互撕咬舔舐。比如德伯科技(databiosci)的CAMP-AFW基礎(chǔ)版香煙熏煙法COPD造模系統(tǒng)通過使用12位隔離鼠(如圖1)籠實現(xiàn)大小鼠的精確定位,且避免相互撕咬,相對提高了實驗穩(wěn)定性和重復(fù)性。另外,許多實驗室在進行熏煙造模實驗時,通過對鼠籠垂直壘加多層實現(xiàn)了同一箱內(nèi)大量動物同時熏煙以提高實驗效率,但這樣實驗的效果會造成下層動物吸入上層動物的呼出煙氣極易造成疾病交叉感染和實驗重復(fù)性降低結(jié)果。
圖1 12位隔離鼠籠,根據(jù)大小鼠不同可以變換空間
口鼻吸入暴露設(shè)備選擇:口鼻吸入暴露設(shè)備在國內(nèi)外被廣泛用于動物COPD熏煙造模實驗,特別是大小鼠熏煙實驗,但目前市場上產(chǎn)品魚龍混雜,特別是部分國產(chǎn)品牌,由于缺少大量的實驗驗證,實際使用時存在諸多問題。主要是暴露塔的每層間實驗煙氣濃度與粒徑分布的差異較大,煙氣的垂直方向分布不均,容易造成實驗數(shù)據(jù)不穩(wěn)定以及動物缺氧等情況。這些主要是暴露塔結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理和控制系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的,所以在產(chǎn)品選擇時要多了解暴露塔的層與層間的實驗數(shù)據(jù),通常比較理想的結(jié)構(gòu)能夠把偏差控制在10%以內(nèi)或者更低。穩(wěn)定的控制系統(tǒng)則需要軟件上實現(xiàn),比如壓力監(jiān)測要數(shù)字化且可控,氧氣濃度可實時監(jiān)測并有預(yù)警機制,如此可讓動物熏煙造模實驗實現(xiàn)較理想的實驗重復(fù)性和可控性,便于實驗條件的摸索和精確控制。比如德伯科技(databiosci)的智能型口鼻吸入暴露系統(tǒng) iHeS(如圖2)通過改進的三腔室流過式氣路設(shè)計大大降低了每層塔之間的實驗偏差,最高可實現(xiàn)8%的標準偏差,而智能型控制系統(tǒng)smart600可對包括壓力,氧氣等各種實驗環(huán)境進行在線監(jiān)測,可實現(xiàn)穩(wěn)定的壓力控制模式和高精度的流量控制模式。
圖2 智能口鼻吸入暴露系統(tǒng) iHeS
綜上可知,其實對于數(shù)量較小的動物熏煙造模實驗,無論是口鼻吸入暴露設(shè)備還是全身暴露染毒設(shè)備都可以通過各種技術(shù)優(yōu)化實現(xiàn)可重復(fù),可控制的目的。