マウスの遠位人工肛門、転用 c57bl/6 マウス大腸炎の新たなモデル

マウスの遠位人工肛門は、人間転換大腸炎、糞便のストリームから除外コロン セグメントで主にリンパ球性大腸炎のマウスモデルを提供します。

転用性大腸炎 (DC) は、転用の生存の結果として糞便のストリームから除外腸セグメントを持つ患者で発生する頻繁に臨床状態です。この病気の病因は不明確なままですが、古典的な炎症性腸疾患クローン病と潰瘍性大腸炎などの違いが表示されます。この病気の開発につながる病態生理学的メカニズムを解読する研究は、深刻な適切なマウスモデルの欠如によって妨げられています。このプロトコルは、免疫システムの役割と DC の開発でマイクロバイとの相互作用の研究を容易にする DC のマウスモデルを生成します。このモデルは c57bl/6 動物を使用して、コロンの遠位部分は遠位人工肛門を作成する、除外された腸のセグメントで炎症を軽度から中等度の開発をトリガーし、人間の特徴病変を再現によって、糞便のストリームから除外します。中程度の全身性炎症反応と DC。ラット モデルと対照をなして C57BL/6 の背景に遺伝子組換えマウス モデルの多数があります。これらの動物モデルの組み合わせにより、個々 のサイトカイン、ケモカイン、または (例えばインターロイキン (IL)-17; 生理活性分子の受容体の潜在的な役割スフィンゴシン-1-リン酸受容体 4 CXCR5 と CCR7、ケモカイン受容体、ケモカイン CXCL13 IL-10) DC の病因に評価されます。C57BL/6 背景にコンジェニック マウス系統の可用性は主として DC の病因に関与する細胞の種類の役割を確立する転送実験を促進します。最後に、モデルは粘膜免疫の影響を受けると以外-影響を受ける腸セグメントにローカル介入 (例えば、ローカル マイクロバイまたは局所抗炎症療法の変更) の影響を評価する機会を提供していますとの全身免疫恒常性。

近年では、非感染性大腸炎エンティティから古典的な炎症性腸疾患 (IBDs; 別の相当な数i.e。、Crohn 病や大腸炎潰瘍性) ヒトの病理組織学的および臨床的に特徴づけられています。これらの大腸炎のフォームの開発につながる病態生理学的メカニズム理解されていません完全に部分的に適切な動物モデルが不足しているため。転用性大腸炎は、これらの最近記述されているエンティティの 1 つです。用語は、Glotzer¹によって 1980 年に鋳造されたが類似した表現型の最初の説明は、Morson²によって 1972 年に与えられました。病気が 50% から流用、腸瘻患者の 91% の開発し、その臨床強度変化^3,4。アメリカ合衆国で約 120,000 の人工肛門患者の年間発生率を考えると、この病気の実体は、重要な健康問題を構成します。

このプロトコルの開発の全体的な目標は、人間 DC に見られるような大腸炎トリガーに依存していると、人間の病気の主な病理組織学的特徴を再現したマウスモデル DC を提供することでした。我々 のモデルの大腸炎誘発は遺伝子組み換え動物 (例えばIL-7 トランスジェニック マウス、N-カドヘリン支配的否定的なマウス、または TGFβ^-/-マウス)、他のマウス大腸炎モデルと対照をなして不要の応用化学刺激物質 (例えば、デキストラン硫酸ナトリウム (DSS) - 誘導大腸炎やトリニトロ スルホン酸 (TNBS) - 誘発大腸炎)、または (CD45RB の^高速転送のように免疫欠損マウスにおける特定のセル人口の転送大腸炎モデル) (レビュー、⁵を参照してください)。他のモデルとは対照的 DC モデルのままの免疫システムにより免疫機構の評価、DC 開発に携わる。除外された腸重積に粘膜の炎症の制限により腸管の他の免疫の区画内免疫恒常性に、消化管の他の部分の粘膜免疫にその反響の (など、パイエル板のパッチと mesenteriale リンパ節) と全体の生物の免疫恒常性。最後に、我々 のモデルは、消化の抗原と同様、両方のローカル マイクロバイ通常ローカル環境の変化から発生した局所の炎症性刺激を制御するメカニズムを調査するために適切なツールを構成します。

ここで説明したすべてのメソッドは、獣医当局 (Landesamt für Lebensmittelsicherheit und Fischerei メクレンブルク = フォアポンメルン州、Landwirtschaft (LALLF M-V)) によって承認されています。

1. 術前のケア、動物の準備

1. 動物施設の到着, 動物 (C57Bl/6) を同じようなサイズのグループに分割、各グループを一緒に、ケージ、グループを実験を通じて一定に保ちます。
   注: は、同じ性別の動物を使用します。結果は、雄マウスが得られました。
   注: オスの動物を使用する階層を確立できるように、彼らは 7 週齢時に一緒に開始ケージ グループ場合を最小限に抑える積極的な行動のリスク実験中。
2. 術前に少なくとも 1 週間は高エネルギーに切り替える (> 14 MJ/kg) と高蛋白質 (> 20%) すべての必須微量元素とビタミンを含むフィード (詳細については、資料の一覧を参照してください)。
   注: 手術が実行されるすべてのマウスの重量を量る、少なくとも 25 g を保証します。
3. 87 mg/kg (i. p.) ケタミンおよび塩酸キシラジン 13 mg/kg (i. p.) の腹腔内投与による麻酔と鎮痛を誘発します。マウスは、機械的刺激、例えばつま先ピッチ、モーターの応答なしを許容するまで待機します。
4. 安定操作中の位置と体の熱の圧倒的な損失を回避する保証操作デスクに配置熱アンダーレイの仰臥位でテープで麻酔マウスを保護します。
   メモ: 熱アンダーレイが必要表面温度は 36 の ° C ~ 40 ° C;手術室の温度は 21 ° c. にする必要があります。

2. 遠位結腸の操作

1. 腹部の毛を剃る。手術を開始する前に、iodophor 3 回 70% アルコールを使用して術野を消毒します。無菌を保証する [操作] フィールドにドレープします。
2. 腹部の筋肉と白線に沿って腹膜を切開によって 15 mm 正中開腹を行うアルバ、血液の損失を最小限に抑える。
3. 2 つの DeBakey 非外科的鉗子を使用、盲腸、回腸末端と昇順と横行結腸を腹膜腔から慎重に引き出します。
   注: 腸間膜構造への損傷を防ぐために腸の機械操作を厳密に制限するように気をつけてください。
4. 盲腸のポール、上行結腸、小腸 (図 1 a と 1 b) を特定します。
   注: 上行結腸の正しい認識は、人工肛門の正しい配置のための基礎です。回盲部の解剖学があいまいな場合、パイエル板の存在が、小腸を識別し、形成された便の存在を特徴付けるコロン。
5. 将来の人工肛門の位置を決定するのにには、定規を使用します。する必要があります配置する 20 mm 遠位結腸の回盲弁の遠位。
6. 右上の象限に腹部壁で 2 番目 3 mm 切開を行います。この切開ループを歪曲しないように注意して、ループを形成する以前に識別されたコロン セグメントを引き出します。
7. 結腸間膜 22 ゲージ フレキシブル静脈カニューレを慎重に渡します。腸間膜の血管の構造を損傷しないように注意してください。
8. 腸を腹腔内に戻ります。
9. シンプルなステッチと (例えば、polyglactin 910 または polyfil 4 0 1/2 c) 吸収性縫合糸を使用して肌にフレキシブル チューブの両端を修正します。
10. 術中を閉じる前に 0.5 mL 0.9% 生理食塩水の腹腔内注入による輸液蘇生を実行します。
11. (例えば、 polyglactin 910 または polyfil 4 0 1/2 c) 吸収性縫合糸を用いた連続縫合と腹膜、筋層を閉じます。(例えば、polyglactin 910 または polyfil 4 0 1/2 c) 吸収性縫合糸を用いた連続縫合と皮膚を閉じます。
12. 高級シザーを使用して小計離断を実行して外在化した大腸ループを開きます。腸間膜をすべて避けてください。完全にコロンをトランセクトないです。
13. 腹膜に 3 つのシングル全層ステッチを使用して各人工肛門開口部を修正し、monofil、吸収性縫合糸を使用して皮膚 (例えば、polydioxanone または monofil 6 0 3/8 s)。機能的なエンド-人工肛門は、求心性のループと粘液瘻は、遠心性のループはこの時点で (図 1 c) 明確に分離します。
    注: 流体と熱損失を制限する 20 分未満は、手術時間がする必要があります。
14. 後外科を仕上げ消毒機器メーカーの指示に従って超音波風呂でアルデヒド無料で消毒液を使用しています。

3. 偽操作 (Colotomy)

1. 1.1 の手順に従います。through 2.4。
2. 将来の colotomy の位置を決定するのにには、定規を使用します。Colotomy には、実験群で人工肛門と回盲弁から同じ距離を位置づける必要があります。
3. コロンを開く少なくとも 2/3 高級はさみを使用して円周。
4. すぐ単独のレイヤーと colotomy、全層中断 monofil 吸収性縫合糸で縫合 (例えばpolydioxanone、monofil 6 0 3/8 s)。
   注: 操作時間は実験外科医、流体、熱損失を制限するために 20 分未満をする必要があります。
5. 2.10 の手順に従います。、2.11。2.14。

4. 術後のケア

1. 動物を檻に戻ります。37 ° c (例えば、赤外線ランプで) よく調律された雰囲気を提供してマウスが完全に目を覚ましまで。その後、(21 ° C; 30% ± 10% 相対湿度)、温度と湿度調整の環境でマウスを維持します。食品や飲料水への無料アクセスを許可します。流体吸収しやすく、水に浸した動物飼料を提供します。
2. 0.1 mg/kg 本体重量ブプレノルフィンを注入することにより術後鎮痛を開始サウスカロライナ動物は機械的刺激に対する応答を表示するとき。呼吸抑制を回避するように注意します。
3. 最初の術後 1 週間の間に継続的な鎮痛の mg/ml 1 つトラマドールと飲料水を補足します。
4. ために水分摂取量減少を補うためにモビリティを縮小した、最初の術後 1 週間の間に檻の中の固体を飲むパッドを供給します。
5. 最初の週、最初の月の残りの部分の間に 1 日おき、クラインオートらに記載されている疾患重症度スコアを使用して 2 番目の月の間に 3 日おきに毎日動物と動物行動のスコアを比較検討します。⁶。

手術は忍容実験 (人工肛門) と偽 (colotomy) グループの両方。手術および周術期管理が正しく実行されると、周術期死亡率は 10% を超えてはなりません。最初の術後 1 週間実験と偽の両方のグループで有意な体重減少が見られます。偽のグループの動物達成術後四日の方の通常の重量のどん底が実験群で後 1 日が発生します。体重減少は初期体重の 21.7% に達し, 実験群でより顕著で。対照的に、偽動物は彼らの初期のボディ重量 (図 2)⁶の 10.8% を失います。体重は最初の術後 1 週間の体重のどん底後は、両方の実験グループですが実験群で遅い斜面、絶えず します。徴候と (すなわち、血性分泌または実験も偽グループ⁶に発生する液体腸の動き) 重篤な腸炎の症状です。最初の 60 日間の総死亡率術後です約 40% 人工肛門グループと colotomy グループの約 10%ほとんどの死は (実験群で 61%、sham 群では 66%) 最初の術後 1 週間の間に発生します。死の原因は、図 3のとおりです。

マウスにおける遠位人工肛門は主にリンパ球性大腸炎人間 DC の認刻極印の組織学的特徴を再現の開発の結果します。これらの変化は、腸の排除の期間を増やします。地下室の長さは除外された腸セグメント有意に短縮しました。この短縮糞便転用 (図 3 a) の 14 日後統計的有意性に達する。杯細胞軸受クリプト長さが除外された腸セグメント (図 3 b) で 30 日後に減少します。ゴブレット細胞の絶対数は、術後 14 日 (図 3 c) 後除外された腸重積で陰窩のも大幅に削減されます。DC、粘膜、リンパ濾胞の開発の特徴病変便偏差の長い期間が必要です。リンパ濾胞数の増加を早ければ 2 週間観察することができますが、違いは 2 ヶ月 (図 5 a c) 後重要になります。前に説明したすべての病理組織学的変化がでより顕著で除外された腸セグメントの近位の地域でより遠位。急性炎症の兆候として典型的な好中球浸潤は通常は認められなかった (図 5 d e)。

ローカル腸管炎症の全身反響の記号として好中球数が大幅に増加人工肛門動物で、早ければ手術後 14 日間。この違いは観察期間 (60 日間) が終了するまで維持されます。血小板は大腸に転用する (図 6) 60 日後動物にわずかに高められます。ヘモグロビンとヘマトクリット値は sham 群と比較して人工肛門グループの操作後 14 日が削減されます。

齧歯動物の原因でビタミン欠乏平均赤血球容積 (MCH) を減少し、赤血球ヘモグロビン (MCV) 値⁷を意味することが示されています。このモデルでは、14、30 日後両方これらのパラメーターの初期の増加を参照してください。MCV、MCH は、長いフォロー アップ (図 7) 後に正常値に戻ります。これは長期的な経過観察中に臨床的に重要なビタミン欠乏につながらないその遠位人工肛門を示しています。

図 1: 盲腸の地域および手術の解剖学。(術後の解剖学 a) グラフィカルな表現。(b) 盲腸ポルと解剖学的ランドマークの地形。人工肛門開口部の (c) グラフィカルな表現。図 1 aは、クラインオートら⁶から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: 車体の重量開発。体重は、術前の体重の割合として表示されます。体は人工肛門の曲線を重量し、偽の偽のグループ (p < 0.001) と比較して人工肛門グループで初期の術後体重減少が有意 (colotomy) 動物明らかに。値手段は、21-26 動物グループごとで平均 ± 標準誤差 (21 動物を受けたオストメイト; 26 動物が偽のグループ)。この図は、クラインオートら⁶から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: 死の原因。合併症は全原因による死亡率の割合として表され、((a) 人工肛門グループ、(b) 偽のグループ) のグラフに示します。術後合併症は、剖検により決定しました。消耗症候群は、初期体重、剖検ではない他の所見の 33% を超える連続減量として定義されました。イレウスや縫合は、剖検で診断されました。ストーマの合併症は、ストーマの膿瘍は、皮膚粘膜の分離として定義されました。他の合併症開腹手術、盲腸の虚血の創傷裂開と剖検時に不明の場合。グループ間術後合併症の分布に有意差があった (p = 0.021、最大 6 × 6 分割表の分析の両面のフィッシャーの正確確率検定を用いて)。人工肛門グループ 39 動物と 29 sham 群であった。この図は、クラインオートら⁶から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: クリプトの長さと杯細胞の人口。過ヨウ素酸シッフ染色後直腸パラフィン切片を用いた地下室の長さと杯細胞数を求めた。(a) 地下室長転換大腸炎 (DC) を持つ動物の直腸に有意に減少しました。(納骨堂の杯細胞ベアリング地域の b) の長さは測定され、比率として完全暗号化の長さを設定します。30 と 60 日術後、クリプト長さ軸受杯細胞の割合は、DC グループで減少しました。(c) 杯細胞番号 DC 動物 sham 群と比較して有意な低下。(A) から (c) のグラフ 5 に 9 匹 1 グループ全体平均と標準誤差を表示 (人工肛門 14 日と 30 日、偽の 14 日: n = 8; 人工肛門 60 日: n = 5; 30 ~ 60 日を偽: n = 9);∗p < 0.05;∗∗p < 0.01。この図は、クラインオートら⁶から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 5: リンパ濾胞と炎症細胞の浸潤。(流用コロンとシャム動物 a) リンパ濾胞は、ヘマトキシリンとエオシンで染色直腸のパラフィン切片に数えられました。グラフ 5 に 9 匹 1 グループ全体平均と標準誤差を示しています (人工肛門 14 日と 30 日、偽の 14 日: n = 8; 人工肛門 60 日: n = 5; 30 ~ 60 日を制御: n = 9)、∗p < 0.05;∗∗p < 0.01。(b)、人工肛門 (b)、(c) 偽動物 60 日の直腸のセクションの (c) の代表例は術後ヘマトキシリンとエオシンで染色します。顕著なリンパ濾胞 (∗) マウスの人工肛門の粘膜に存在していた。スケール バーを表す 100 μ m。 (d) および (e) パラフィン切片のエステラーゼ反応クロロ酢酸と染色を好中球の顆粒の検出を行った。流用の直腸の断面に急性の炎症性好中球浸潤を観察した人工肛門グループ (d) のどちらにも偽動物 (e) で 60 日に術後。スケール バーは、100 μ m を表します。この図は、クラインオートら⁶から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 6: 好中球と血小板の数。動物用血球計数装置により静脈血の血球数を求めた。(a) 好中球有意に増加した動物と比較して偽を 60 日に術後人工肛門グループ。(b) 血小板が小高い人工肛門グループで 60 日術後。グラフ 5 に 9 匹 1 グループ全体平均と標準誤差を示しています (人工肛門 14 日と 30 日、偽の 14 日: n = 8; 人工肛門 60 日: n = 5; 30 ~ 60 日を偽: n = 9)、∗p < 0.05;∗∗p < 0.01。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 7: 赤血球パラメーター。動物用血球計数装置により静脈血の血球数を求めた。(ヘモグロビン a) と (b) ヘマトクリット値は偽のグループと比較して人工肛門グループで激減しました。(c) 平均赤血球容積 (MCH) が有意に上昇 14 才だった人工肛門グループで術後 30 日 sham 群と比較して、60 日後に正常に戻った。(30 日後が、偽の動物と比較して術後人工肛門グループで 60 日後に、もはや、d) 平均赤血球ヘモグロビン (MCV) 値が上昇。グラフ 5 に 9 匹 1 グループ全体平均と標準誤差を示しています (人工肛門 14 日と 30 日、偽の 14 日: n = 8; 人工肛門 60 日: n = 5; 30 ~ 60 日を偽: n = 9)、∗p < 0.05;∗∗p < 0.01。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

確実にこのプロトコルで発表した DC のマウスモデルを再現 (例えば、炎症を起こして腸セグメント、ショートニング、クリプト、削減の粘膜下組織にリンパ濾胞のde novo開発人間の DC の病理組織学的特徴炎のゴブレット細胞数)。この利点は別として、このモデルは非常に類似したトリガー因子によって誘導される、という場合に最も影響を受ける人間の中等度軽度からの臨床経過を提示します。

再現性のある結果と許容周術期致死性を得るためには、顕微鏡技術でいくつかの練習が必要です。ただし、人工肛門と偽の両方の操作 (colotomy) は非常に低周術期死亡率と実行できます (< 10%)。いくつかの操作は、非常に重要な: 1) コロンそしてターミナル回腸を識別します。回盲部の解剖学が不明の場合は、コロンで形成された便の存在感と回腸パイエル板の存在によって識別できます。2) 人工肛門ループを exteriorizing するときは、腸間膜はゆがんでない機械的腸閉塞と腸間膜虚血を回避を保証します。3) フレキシブル チューブで腸間膜の穴をあけるときは、容器無料部門を選択すると、このように出血および腸間膜の虚血を防止を保証します。4) 腹壁の小切開を作成するとき、は、十分な止血を確認します。必要に応じて、筋肉の血管からの出血を止めるに熱凝固を使用します。5) ループは少なくともその円周の 3 分の 2 にオープンし後部壁を十分に体外して、こうして遠位腸セグメントに腰掛け通路の完全閉塞を保証する結腸、保証します。6) 人工肛門両端が糞便のストリームを終了できないため感染リスクが高いまたは機械的イレウスの結果腹膜腔に開いている通路を避けるために皮膚にも固定されることを保証します。通常、すべての手術は、外科手術用顕微鏡やルーペなし実行できます。一般に、これらのデバイスの使用率では、それ以上の訓練が必要です。

場合でも、手術の複雑さが適度なだけ、再現性のある結果と実験を正常に終了すると見なす多くの必要な手術と周術期問題があります。

そのまま盲腸があるマウス永久的な人工肛門との長期的な生存のために不可欠です。回盲弁に隣接する近位オストメイトと実験群は、不可逆的な減量 (データは示されていない) のため最初の術後 1 週間で 100% の死亡率を示した。したがって、それはバウヒンの弁から人工肛門サイト 20 mm 以上遠位を選択する非常に重要です。この観測は、齧歯動物の消化生理のためかもしれません。これらの種の近位結腸から盲腸への逆行輸送が発生します。盲腸はどこで細菌叢 occurs8 によって栄養素の合成。長期経過観察中に通常 MCV と MCH の値は、遠位のオストメイトを持つ動物は、重要なビタミン欠乏を苦しむかを示します。また、食糞は自然環境内で齧歯動物の栄養の動作の重要な部分です。When establishing the model, we were highly concerned that perturbing the coprophagy as a consequence of the presence of a permanent colostomy could result in nutritional deficiencies, (e.g., vitamin B).ただし、それは栄養素へのアクセスが制限されている条件下での問題は、それ以前示されているその食糞と水と栄養バランスの取れた食品^{9 に無料過剰実験条件下でその栄養の意義を失う}.弊社の実験条件下で術後の栄養摂取量の条件を最適化することが重要です。高蛋白質含有量を持っていた、蛋白質品質を最適化され、エネルギー密度を増加した飼料を使用しました。手術する前に、少なくとも 2 週間このダイエット動物に順応しました。術後、水に浸したフィード可能食品と水分摂取量に広告 libidumに提供されました。

マウス実験と偽の両方のグループで同じ性を活用することが重要です。セックスは、全身性炎症のだけでなく、様々 な化学的誘発大腸炎モデル^10、11,12の腸管炎症のコースに大きく影響する示されています。一般的に、オスの動物は大きい炎症、クリプト ダメージを与える、以下の再生、炎症性サイトカインと重量損失¹⁰からの遅い回復のより高いレベルでより顕著な疾患を発症します。オスの動物の使用のそれ以上の利点はよりよい年齢をマッチさせた術前体重、術後初期の重量損失の期間のよりよい補償に 。雌マウスがプロトコルで使用することができます特定場合それにもかかわらず、質問 (例えばDC の症状でホルモンが対処するセックスの影響力。雄マウスを使用すると、安定的な住宅の条件を維持するためにより多くの努力が必要です。男性のマウスが傷害や死につながる積極的な相互作用を受けやすいです。雄マウスは、1 つの支配的な男性の確立された階層に住んでいます。グループの階層構造が確立されると、戦闘の継続はより少なく共通の^13,14です。このため、手術前に少なくとも 2 週間私たちの動物施設で到着すると、マウスの実験グループを形成し、実験が終了するまでは、これらのグループを維持します。一般に、5 に 7 動物の実験グループは、1 つのケージで保管されました。安定した社会と住宅事情のメンテナンスは、実験動物の攻撃行動を最小限に抑えるだけでなく非常に重要だった。免疫学的パラメーター^15,16,17と同様、体重増加に影響を与える住宅条件が示されています。

化学的に誘発し、遺伝子組み換えの大腸炎モデルに対する感受性はマウス系統^18,19,20間かなり異なります。現在のプロトコルは c57bl/6 マウス、明確に定義された遺伝的背景と特徴の免疫システム^21,22,23に厳密な中間を示すマウス緊張に設立された炎症性デキストランの応答は硫酸ナトリウム誘発大腸炎モデル²⁰とは原型の Th1 ひずみ²³。他マウス系統の使用より深刻な病気の活動または Th2 環境が必要な場合考慮することができます。

要約すると、我々 のプロトコルは、種々 の免疫細胞、サイトカイン、ケモカイン、および DC の病因に他のシグナリング分子の役割を評価するための貴重なツールを構成します。多数の遺伝子組み換えマウス モデル C57BL/6 背景で使用可能な当社モデルと組み合わせることができます (例えばIL - 17 欠損マウス IL-10, ケモカイン CXCL13、ケモカイン受容体 CXCR5 CCR7 とスフィンゴシン-1-リン酸受容体 4)。C57BL/6 背景にコンジェニック マウス系統の可用性は主として DC の病因に関与する細胞型の役割を確立する転送実験を促進します。最後に、モデルがローカル介入 (例えば、ローカル マイクロバイと局所抗炎症療法の変更) の影響を評価するために機会を提供するは、粘膜免疫の影響を受けると以外-影響を受ける腸セグメントと全身免疫恒常性。

すべての著者は、彼らは競争の興味があることを宣言します。

どれも