Method Article
Ce protocole démontre la technique d’aspiration oropharyngée pour une utilisation dans le modèle murin de bléomycine de la fibrose pulmonaire.
La pneumopathie interstitielle (MPI) représente un large spectre de troubles caractérisés par la cicatrisation progressive et souvent irréversible du parenchyme pulmonaire, la plus fréquente étant la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI). Plusieurs modèles animaux de FPI ont été développés, le modèle murin de bléomycine étant le plus largement utilisé. La bléomycine est une chimiothérapie connue pour induire des dommages à l’ADN dans l’épithélium alvéolaire, entraînant des lésions pulmonaires aiguës et une fibrose pulmonaire chez l’homme. Les modèles de FPI chez les rongeurs utilisent l’administration de bléomycine par diverses méthodes, la plus courante étant l’intratrachéale (IT). Récemment, la technique d’aspiration oropharyngée (OA) s’est avérée aussi efficace que l’IT pour plusieurs agents fibrosants, avec beaucoup moins d’effets secondaires et une voie d’administration plus facile. Ce protocole détaille la méthode d’administration de la bléomycine dans le poumon murin et met en évidence des exemples d’applications potentielles en aval pour la quantification des données. Cette méthodologie offre un moyen simple, rapide et sûr d’utiliser ce modèle animal largement utilisé pour étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents à la FPI.
La pneumopathie interstitielle (MPI) fait référence à un groupe hétérogène de troubles caractérisés par une cicatrisation progressive et irréversible de l’espace alvéolaire, de l’interstitium et des voies respiratoires distales1. La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est la forme la plus courante de MPI et entraîne une survie médiane d’environ trois ans2. La FPI est une maladie en phase terminale, la transplantation pulmonaire orthotopique étant une thérapie de rattrapage pour certains patients. Il existe actuellement deux thérapies approuvées par la FDA pour la FPI, qui ne font que ralentir le taux de progression plutôt que de stabiliser ou d’améliorer la fonction pulmonaire des patients 3,4. D’importants efforts de recherche sont en cours pour élucider les fondements de la FPI et identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Il existe une myriade de modèles animaux pour étudier la pathogenèse de la FPI, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients5. Bien qu’aucun modèle ne soit en mesure de récapituler entièrement la complexité des maladies humaines, ces approches offrent un aperçu significatif des mécanismes moléculaires de la FPI et peuvent compléter les études translationnelles.
Le modèle murin de bléomycine reste le modèle in vivo de FPI6 le plus largement utilisé et le mieux caractérisé. La bléomycine est un agent peptidique qui induit des cassures de l’ADN simple et double brin. Après sa découverte en 1962, la bléomycine s’est avérée efficace dans le traitement d’un certain nombre de cancers, y compris les tumeurs testiculaires et le lymphome, mais son utilisation a été limitée par la pneumonie dose-dépendante et la fibrose pulmonaire qui en résulte 7,8. Cette toxicité pulmonaire est récapitulée chez la souris. Lorsqu’elle est administrée en une seule dose, après une phase inflammatoire initiale, la fibrose peut être observée à partir du 5e jour, avec un pic les jours 14 à 219, 10 et 11 (Figure 1). La résolution spontanée se produit après environ 6 semaines, bien que des changements fibrotiques permanents puissent être obtenus avec des doses répétitivesde 12. Étant donné sa nature transitoire et inflammatoire, le modèle de bléomycine13 présente certains inconvénients inhérents, mais il offre un système rapide, robuste et reproductible pour commencer à répondre à certaines des principales lacunes dans la compréhension de notre domaine de la PID et permet aux chercheurs de comparer les résultats des cinq dernières décennies. D’autres approches d’installation incluent les modèles asbestosis et silice murin, qui offrent des parcours temporels similaires (jours 14-28)6,14,15,16. Cependant, ces modèles génèrent un schéma histologique plus compatible avec la pneumoconiose que la FPI et nécessitent l’utilisation de particules en suspension dans l’air, ce qui nécessite une manipulation soigneuse. Alternativement, il existe des modèles animaux qui utilisent l’expression de transgènes induits par l’épithélium, tels que la toxine diphtérique et le TGF-β1. Celles-ci récapitulent les lésions non inflammatoires des cellules épithéliales alvéolaires de type 2 observées dans la FPI, mais prennent un peu plus de temps (21-30d) et nécessitent l’utilisation d’animaux spécialisés qui doivent être rétrocroisés dans tout modèle transgénique d’intérêt existant. Enfin, il a été démontré que la surexpression des cytokines médiée par l’adénovie, y compris le TGF-β1, l’IL-β1 et le TNF-α, induit une fibrose pulmonaire chez les rongeurs, généralement au jour 14,17, 18, 19. Ces modèles de surexpression de cytokines permettent une administration intranasale pratique, mais nécessitent une purification et une manipulation soigneuses.
Il existe plusieurs approches pour l’administration de la bléomycine, notamment par voie intratrachéale (IT), intranasale, intrapéritonéale, sous-cutanée et intraveineuse6. L’administration de l’IT est la méthode la plus courante, impliquant traditionnellement une intubation endotrachéale ou une trachéotomie chirurgicale20, qui nécessitent toutes deux une sédation profonde, une finesse technique et sont associées à la morbidité et à la mortalité périopératoires. Récemment, la technique d’aspiration oropharyngée (OA) s’est avérée aussi efficace que l’IT, avec beaucoup moins d’effets secondaires et une voie d’accouchement plus facile 14,21,22,23,24,25,26. Ici, nous présentons un protocole visuel détaillé pour la méthode OA d’administration de la bléomycine dans le poumon murin et mettons en évidence diverses applications potentielles en aval pour la quantification des données.
Les études animales décrites dans ces expériences ont été menées selon des protocoles (ARC-2021-025, ARC-2010-039) approuvés par le Comité de recherche animale de l’UCLA (ARC) et le Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux (IACUC). Le respect total de toutes les réglementations et politiques étatiques et fédérales concernant l’utilisation d’animaux de laboratoire a été maintenu. Les animaux ont été logés dans l’installation de soins aux animaux de l’UCLA et soignés par le personnel qualifié de la Division de laboratoire et de médecine animale de l’UCLA (DLAM) dans des conditions exemptes d’agents pathogènes. Des souris C57BL/6 de type sauvage ont été obtenues dans le commerce et ont été laissées s’acclimater pendant au moins 14 jours. Des souris mâles âgées de 8 à 12 semaines ont été utilisées pour ces études, avec un poids corporel moyen de 20 à 25 g. Des souris femelles peuvent également être utilisées, bien qu’il soit important de faire correspondre le sexe et l’âge des animaux dans les groupes et les conditions expérimentaux27. Les détails commerciaux des animaux, des réactifs et de l’équipement utilisés dans cette étude sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Administration oropharyngée de bléomycine
2. Induction de l’anesthésie
3. Administration de l’oropharynx
4. Récupération des animaux
5. Prélèvement et traitement des tissus et analyse finale
Le protocole décrit ici résume la voie d’administration par aspiration oropharyngée dans le modèle murin de bléomycine. Dans ces expériences, les animaux ont été traités soit avec de la bléomycine (0,75U/kg de poids corporel), soit avec du PBS pour un contrôle fictif. Les jours 7, 14 et 21, les souris ont été euthanasiées, leurs poumons ont été explantés et leurs tissus ont été réparés, comme décrit précédemment35. La fibrose a été évaluée à l’aide d’une coloration histologique à l’hématoxyline et à l’éosine (H&E). Au jour 7, une modification fibrotique des cloisons alvéolaires peut être observée, ainsi que de petites modifications inflammatoires/fibrotiques, par rapport au contrôle PBS (Figure 3A, B). Au 14e jour, des zones de fibrose plus grandes et plus confluentes sont observées, avec une destruction significative de l’architecture alvéolaire normale (Figure 3C). Au jour 21, ces changements fibrotiques significatifs persistent (Figure 3D). Ces changements histopathologiques ont été quantifiés à l’aide du système de notation d’Ashcroftmodifié 29, qui a démontré un degré similaire de fibrose entre les jours 14 et 21 (figure 3E).
Bien que l’histopathologie reste la référence, des tests supplémentaires peuvent être effectués pour quantifier objectivement les changements fibrotiques et inflammatoires induits par la bléomycine. Pour confirmer les résultats H&E, des dosages d’hydroxyproline ont été effectués le 14 au31e jour, qui ont démontré une augmentation de la quantité totale de collagène contenue avec la bléomycine (figure 4A). De plus, l’ARN a été isolé à partir d’homogénats pulmonaires entiers au 14e jour, et une réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) a démontré la régulation à la hausse des gènes profibrotiques Col3a1 et Tgfb avec la bléomycine (Figure 4B). Pour caractériser les modifications immunitaires induites par la bléomycine oropharyngée, la cytométrie en flux a été réalisée comme décrit précédemment 32,33,34 (Figure 4C). En réponse à l’arthrose, une infiltration robuste de cellules myéloïdes dans le poumon murin est observée, y compris les macrophages interstitiels (IM), les macrophages alvéolaires dérivés de monocytes (MoAM) et les neutrophiles (Figure 4D). Ces données démontrent que la technique d’aspiration oropharyngée est une méthodologie sûre, pratique et reproductible pour induire une fibrose pulmonaire avec la bléomycine dans le modèle animal murin.
Figure 1 : Chronologie du protocole expérimental. (A) Représentation graphique de l’administration oropharyngée de la bléomycine dans le poumon murin. (B) Chronologie de l’évolution de la bléomycine. La phase inflammatoire initiale dure de 48 à 72 h et est suivie d’une phase fibrotique commençant environ le jour 7, qui se résout après 6 semaines pour les injections individuelles. Les flèches représentent les temps potentiels courants de prélèvement de tissus (jour 7, 14 ou 21) en fonction de la question de l’expérience et des tests utilisés. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Schéma de l’administration de la bléomycine oropharyngée. (A) Une fois correctement sédative, la souris est suspendue par ses incisives avant à 60°-80° sur une plate-forme sécurisée. (B) Le passage nasal est occlus à l’aide d’une pince microvasculaire non dentée. La langue est rétractée de l’oropharynx et, à l’aide d’une pipette pas à pas avec une pointe stub leur-stub, la solution de bléomycine, ou contrôle PBS, est administrée à l’arrière de l’oropharynx. Une bulle de liquide visible doit être visible jusqu’à ce qu’elle soit aspirée dans les voies respiratoires inférieures. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : L’administration de bléomycine par aspiration oropharyngée entraîne des modifications histologiques fibrotiques robustes. Les souris Wildtype C57Bl/6 ont été traitées avec une dose unique de bléomycine (0,75U/kg) ou de PBS au jour 0. (A) Les témoins fictifs démontrent une histologie pulmonaire normale. (B-D) La bléomycine entraîne une fibrose progressive et une distorsion architecturale du poumon murin. (E) Notation Ashcroft modifiée des échantillons histologiques. Les barres d’erreur représentent l’écart-type. p < 0,0001 déterminé par l’ANOVA à un facteur. Les images sont représentatives de trois expériences indépendantes réalisées avec 4 à 8 animaux par groupe. Les images 20x (à droite, barres d’échelle : 200 μm) proviennent des encarts désignés sur les images 1x (à gauche, barres d’échelle : 3 mm). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Quantification des changements profibrotiques et pro-inflammatoires induits par la bléomycine. (A) Des poumons ont été prélevés au jour 14 sur des souris sauvages C57Bl/6 traitées soit avec de la bléomycine (0,75U/kg) soit du PBS. Des dosages d’hydroxyproline ont été effectués et la teneur en collagène a été mesurée (mg par poumon droit). (B) L’ARN a été isolé dans du tissu pulmonaire homogénéisé d’animaux traités à la bléomycine ou au PBS au jour 14. Une PCR quantitative a été réalisée pour mesurer le niveau de transcrits Col1a1 et Tgfb. Le changement de pli lié au groupe témoin PBS a été calculé à l’aide de la méthode 2CP en référence au gène interne de l’entretien. (C) Stratégie de flow gating des populations myéloïdes dans le poumon murin. (D) Quantification des populations myéloïdes dans le poumon murin au jour 14, en réponse à la bléomycine. Les données sont représentatives de trois expériences indépendantes avec 4 à 8 animaux par groupe et par expérience. Les barres d’erreur représentent l’écart-type. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001 déterminée par le test t de Student non apparié (hydroxyproline et qPCR) ou l’ANOVA à deux facteurs. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Un protocole vidéo détaillé est fourni sur la technique d’aspiration oropharyngée pour l’administration de la bléomycine à utiliser dans le modèle murin de fibrose pulmonaire. De plus, nous soulignons les applications potentielles en aval pour quantifier les changements fibrotiques et inflammatoires induits par la bléomycine OA.
Bien qu’aucun animal ne récapitule complètement la complexité des maladies humaines, le modèle murin de bléomycine a été utilisé au cours des cinq dernières décennies et reste le plus largement mis en œuvre pour étudier la pathogenèse de la FPI36. Il existe une multitude de façons d’administrer la bléomycine dans les modèles de rongeurs, notamment par injection intratrachéale (IT), intranasale (IN), intraveineuse (IV), intrapéritonéale et sous-cutanée6. Alors que l’administration IV imite plus étroitement le mécanisme de la pneumonie induite par la bléomycine chez l’homme, la voie IT est plus couramment utilisée ; La fibrose est obtenue avec une dose unique, sans toxicités systémiques associées à des doses plus élevées, et est plus rentable8. L’administration de l’IT nécessite soit une intubation endotrachéale, soit une exploration chirurgicale du cou et de la trachéotomie, les deux nécessitant des niveaux profonds de sédation et un haut degré de compétence procédurale, tout en entraînant une morbidité et une mortalité périprocédurales associées importantes. L’administration d’IN est une alternative raisonnable à l’IT, cependant, il a été démontré qu’elle provoque des schémas de distribution plus variables et des lésions pulmonaires37,38. L’approche de l’arthrose a connu une utilisation accrue et représente un substitut apparemment plus reproductible à l’administration de bléomycine et d’autres agents fibrosants dans le poumon murin 14,21,22,23,24,25,26. Récemment, les voies d’administration de l’OA et de l’IT de la bléomycine ont été directement comparées chez la souris, démontrant une efficacité égale et une lésion fibrotique homogène, tout en minimisant la mortalité périprocédurale21. De même, dans cette étude, aucune souris n’est morte lors de l’administration d’OA (données non présentées), soulignant le profil technique et éthique favorable de cette méthode.
Le degré de fibrose et le moment de la lésion induite par la bléomycine dépendent de plusieurs facteurs. Après l’instillation de la bléomycine dans le poumon murin, une période inflammatoire initiale de lésions pulmonaires aiguës se produit, suivie d’une phase fibroproliférative qui commence après 5 à 7 jours10. Habituellement, les paramètres de la maladie sont évalués entre les jours 14 et 21, lorsqu’une fibrose soutenue est atteinte (figure 3C). La présente étude s’est concentrée sur le jour 14, qui s’est avéré être le moment optimal pour mesurer les paramètres de la fibrose pulmonaire, car les animaux ont développé une fibrose étendue, avec moins de variabilité et une mortalité plus faible que celle observée au jour 2111. Après une dose unique, la fibrose se résout spontanément après environ 6 semaines chez la souris. Pour saisir l’irréversibilité observée avec de nombreuses formes de MPI chez l’homme, les chercheurs ont développé des modèles de dosage répétitif pour obtenir des changements fibrotiques permanents dans des modèles murins 9,12.
Des études antérieures ont démontré une variance de souche en ce qui concerne la gravité de la fibrose obtenue avec une dose unique de bléomycine, les souris C57Bl/6 étant des « répondeurs élevés », les souris DBA/2 et Swiss étant des « répondeurs intermédiaires », et les souris BALB/c étant des souris « faiblement répondeuses »39. De plus, l’âge et le sexe des souris utilisées influencent également le degré d’inflammation et de fibrose. Les souris plus âgées (52-54 semaines) ont montré une fibrose accrue que les souris plus jeunes (8-12 semaines), et les souris mâles semblent plus sensibles à la bléomycine, en général, que leurs homologues femelles 9,40. Ces observations suggèrent des facteurs génétiques sous-jacents influençant la réponse inflammatoire et la cicatrisation des plaies, et les chercheurs devraient comparer l’âge et le sexe des souris lorsqu’ils testent des voies thérapeutiques potentielles, comme le suggèrent les récentes directives officielles de l’American Thoracic Society (ATS)25.
La bléomycine représente un modèle inflammatoire de fibrose. Les lésions épithéliales initiales induites par la bléomycine entraînent une production transitoire et aiguë de cytokines et le recrutement de neutrophiles dans les poumons41,42. La FPI elle-même n’est pas cliniquement caractérisée par un fort phénotype immunologique, à part des exacerbations aiguës, bien que d’autres types de MPI, tels que ceux associés à la maladie du tissu conjonctif (CTD-ILD), soient plus clairement entraînés par une dysrégulation immunitaire 43,44,45. Par conséquent, en fonction de l’hypothèse testée, les chercheurs peuvent choisir d’étudier des interventions qui interceptent les axes de la maladie à des moments plus tôt ou plus tard. De plus, il est recommandé d’envisager un deuxième modèle pour valider les résultats clés lors du dépistage des thérapies précliniques, telles que la silice, la surexpression adénovirale du TGF-β1, les lésions épithéliales induites par la diphtérie ou les modèles de souris humanisées 5,17,46,47,48.
En conclusion, la technique d’aspiration oropharyngée représente une alternative robuste, reproductible, traduisible et sûre à l’administration intratrachéale de bléomycine pour induire une fibrose dans le poumon murin.
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.
Ce travail a été soutenu par la subvention de formation en recherche institutionnelle (T32) Ruth L. Kirchstein National Research Service Award (NRSA) des NIH accordée à RW (2T32HL072752-16). Les auteurs tiennent également à souligner le soutien du Centre de santé pulmonaire de la Fondation Saul et Joyce Brandman.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
anti-mouse CD45, Brlliant Violet 605 | BioLegend | 103155 | |
anti-mouse CD64, AlexaFluor 647 | BioLegend | 139322 | |
anti-mouse Ly6G, AlexaFluor 700 | BioLegend | 127622 | |
anti-mouse MerTK, PE/Cy7 | BioLegend | 151522 | |
anti-mouse SiglecF, PE | BD Biosciences | 552126 | |
BD Luer-Stub Adaptors | Fisher Scientific | 13-681-21 | |
Bleomycin | McKesson | 1129996 | From NorthStar Rx 16714088601 |
Endotracheal Mouse Intubation Kit | Kent Scientific | ETI-MSE | |
Fixable Live/Dead Violet | Thermo | L34955 | |
FlowJo v10 Software | FlowJo | ||
gentleMACS Dissociator | Miltenyi | 130-093-235 | |
Hydroxyproline Assay Kit | Sigma | MAK463 | |
Liberase TM | Roche | 5401127001 | |
Moria Vessel Clamp | Fine Science Tools | 18350-11 | |
Mouse Endotracheal Intubation Kit | Kent | ETI-MSE | |
Stepper Pipette | Dymax | TI15469 | |
Wildtype C57BL/6 mice | Jackson Laboratories | JAX, stain #000664 |
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