Винил хлорид и диета со многу маснотии како модел на протокол за интеракција во животната средина и дебелината

Резиме

Целта на овој протокол беше да се развие модел на глувци на ниско ниво на токсична изложеност што не предизвикува очигледна повреда на црниот дроб, туку го влошува веќе постојното оштетување на црниот дроб. Оваа парадигма подобро ја рекапитулира изложеноста на луѓето и суптилните промени што се јавуваат при изложеност на токсични концентрации што се сметаат за безбедни.

Апстракт

Винил хлорид (VC), изобилен загадувач на животната средина, предизвикува високи нивоа на стеатохепатитис, но се смета за безбеден при помали концентрации. Иако неколку студии ја испитале улогата на VC како директен хепатотоксичен агенс, концептот дека VC ја зголемува чувствителноста на црниот дроб на други фактори, како што е безалкохолниот замастен црн дроб (NAFLD) предизвикан од диети со многу маснотии (HFD), е нов. Овој протокол ја опишува парадигмата на изложеност за проценка на ефектите од хронична, мала изложеност на VC. Глувците се вакцинираат на диета со малку маснотии или маснотии една недела пред почетокот на изложеноста на инхалација и остануваат на оваа диета во текот на целиот експеримент. Глувците се VC (ниво на под-OSHA:

Вовед

Главниот пат на изложеност на многу токсини и загадувачи на животната средина е преку вдишување. По вдишување, соединението може да влезе во системската циркулација низ белите дробови, да влезе во црниот дроб и метаболички да се активира од ензимите на црниот дроб пред екскрецијата 14, 15, 16. Честопати овие активни метаболити предизвикуваат токсичност и оштетување на телото. Претходните студии од оваа група и други користеа метаболити на VC како замена за изложеност на VC гас 17, 18. Другите групи користеле модели за инхалација на VC; сепак, имплементирани се исклучително високи нивоа на изложеност (> 50 ppm) за да се предизвика акутна токсичност, сериозно оштетување на црниот дроб и развој на тумор 19. Иако овие студии обезбедија важни информации и механизми на канцерогеност предизвикана од ВЦ, тие не ги реципитираат суптилните ефекти и сложените интеракции со другите фактори што придонесуваат и затоа се помалку релевантни за изложеноста на луѓето.

Моделот вдишување VC плус јадете многу маснотии (HFD) опишан овде (види слика 1) за временската линија) е првиот модел на хронична изложеност на ниски дози на VC (т.е. концентрација на под-OSHA) во која глувците се изложени на токсин во услови што многу поблиску ја имитираат изложеноста на луѓето. Навистина, податоците од овој модел ги рекапитулираа резултатите забележани кај луѓето со ВЦ, како што се ефектите врз метаболичките патишта 20, оксидативниот стрес и митохондријалната дисфункција 4. Други модели на вдишување на глувци, како што се Моделите на главата и носот 21, бараат животното да биде воздржано, предизвикувајќи стрес на животното. Тука, овој метод на изложеност на целото тело не бара никаква инјекција или непотребен стрес за животните. Theивотните имаат слободен пристап до храна и вода и се сместуваат во поголема комора за вдишување одреден број часови на ден и ден неделно. Покрај тоа, концептот дека VC ја менува чувствителноста на друг хепатотоксичен агенс е нов наод откриен прв од оваа група 12 и има влијание врз изложеноста на VC во концентрации далеку под оние за директна хепатотоксичност потребни се.

Овој метод на изложеност на инхалација може да се користи за имитирање на изложеност на широк спектар на гасовити токсини, вклучително и други испарливи органски соединенија, во нашата околина. Навистина, испарливите органски соединенија се голема група на загадувачи на животната средина и се позастапени во индустриски развиените области, ставајќи одредени популации на поголем ризик од хронична изложеност 22. Овој протокол може да се прилагоди на разни експериментални прашања. Времетраењето и концентрацијата на администрираното соединение можат да бидат различни. Иако првично е развиен за утврдување на оштетување на црниот дроб, други системи на органи можат и биле испитани со употреба на овој модел 23. Истражувачите кои проучуваат хронична изложеност на животни, но сакаат да го минимизираат стресот кај животните, треба да го земат предвид овој модел.

Протокол

Сите експерименти со животни/VC беа одобрени од Одделот за здравствена заштита на животната средина, Безбедносното здружение за проценка и акредитација на лабораториска нега на животни, а процедурите беа одобрени од локалниот Институционален комитет за нега и употреба на животни.

1. Експериментално поставување и аклиматизација на прочистените, експериментални диети

ЗАБЕЛЕШКА: Постојат неколку системи за изложеност на вдишување комерцијално достапни, почнувајќи од изложеност само на носот до изложеност на целото тело и рачно до автоматски системи. Податоците претходно објавени од оваа група се добиени од холистички рачен систем 12, 23, 24. Слика 2Слика 3 покажува дијаграм што го опишува системот за автоматизирана изложеност на вдишување.

4. Изложеност кафез и подготовка на животни

  1. Извадете ги глувците од нивните комори за сместување и ставете ги во индивидуалните кафези од кафезот за вдишување (една поддршка во кафез за контролните глувци, една за изложените глувци). Рандомизирајте го поставувањето на секој глушец во решетката кафез дневно за да се осигурате дека секој глушец е хомогено изложен во комората за изложеност. Во лабораториската тетратка означете го бројот и положбата на кафезот на секое животно.
  2. Ставете ја секоја решетка во кафезот во соодветната комора и затворете ги вратите на комората.

5. Спроведување на изложеност

  1. Свртете ја славината на вентилот за резервоарот за гас VC во затворена положба и исклучете ги сите протоци на воздух во комората за изложеност. Свртете го ротаметарот сè додека нема проток на воздух низ контролната комора.
  2. Отстранете ги вратите од секоја комора за да ги проветрите глувците. Извадете ги потпорите на кафезот од коморите. Извадете ги глувците со качулка од нивните изложени кафези и ставете ги назад во нивните кафези. Пренесете ги сите глувци назад во нивните живеалишта за сместување преку ноќ во редовни кафези.
  3. Фрлете го целиот отпад од садот за измет во одобрен контејнер за биоопасност од Одделот за здравје и безбедност на животната средина (DEHS) бидејќи може да се смета за хемиска опасност од институционалните здравствени служби за животна средина. Исчистете ги вратите на комората, фиоката за екскреција, кафезот за изложеност и комората за изложеност за експерименталните и контролните системи.

7. Валидација на концентрацијата на VC во коморите за време на изложеност

8. Престанок на експериментот со изложеност на инхалација

ЗАБЕЛЕШКА: Според посакуваното време на изложеност, на пр. Б. 6, 8 и/или 12 недели по почетокот на изложеноста на инхалација, експериментите се завршени и животните се еутанизираат (види слика 1 за временската линија).

Резултати од репрезентацијата

За време на експериментот, телесната тежина на животните и потрошувачката на храна биле следени неделно за да се обезбеди здравје на животните и да се процени ин виво метаболизмот. Слика 3А. ја покажува телесната тежина и потрошувачката на храна за 12-неделен експеримент. Тежината на телото се мереше еднаш неделно, а потрошувачката на храна двапати неделно за сите групи. Сите глувци добиле тежина во текот на студијата. Додека глувците во групите ХФД добија поголема тежина од глувците во групите ЛФД, како што се очекуваше, глувците изложени на ВЦ не добија поголема тежина од глувците во соодветната контролна група. Потрошувачката на храна не била различна во сите групи 12, 24.

Слика 3Б. покажува репрезентативни фотомикроскопи на делови од црн дроб обоени со H&E за анализа на општата морфологија. Во групата LFD, VC не предизвика никакви абнормални патолошки промени. Хранењето со HFD значително ја зголеми стеатозата (акумулација на маснотии) и изложеноста на VC го зголеми овој ефект. Покрај тоа, изложеноста на VC резултираше со некои воспалителни жаришта во групата HFD 12, 24 .

Нивото на плазма трансаминаза (ALT и AST) е измерено како индикатор за оштетување на црниот дроб, а покачените нивоа на трансаминаза се показател за оштетување на црниот дроб. Во групата LFD, трансаминазата не се зголеми со VC. Само HFD малку ги зголеми нивоата на трансаминаза и, пред сè, VC значително го подобрува овој ефект (Слика 3)Ц.) 12, 24 .

Беа пресметани односите на црниот дроб и телесната тежина за секоја група. HFD значително го зголеми односот на црниот дроб до телесната тежина. Сепак, VC не го зголеми значително овој ефект (Слика 3)Д.) 12 .

винил
Слика 1: Преглед на постапката на модел на вдишување. Глувците се хранат со малку маснотии (13% заситени масни киселини) или со многу маснотии (42% заситени масни киселини) диети ad libitum 1 недела со цел да ги навикнат на прочистената диета. По една недела, глувците се воведуваат во режимот на вдишување. За таа цел, глувците се ставаат во најсовремени комори за вдишување на целото тело за изложеност на концентрација на VC на нивото на под-OSHA на a, p, b, p

Дискусија

Овој модел на VC-засилен NAFLD е нов метод за проценка на влијанието на изложеноста на VC на прагот под-OSHA во парадигмата за вдишување на целото тело. Овој модел им овозможува на истражувачите да ги проучат субхепатотоксичните и чувствителни ефекти само од ниските нивоа на VC. Всушност, овој модел на истовремена експозиција постигнува подобрена повреда на црниот дроб, покачување на плазматскиот ALT и AST и умерено воспаление, додека во голема мера не влијае на другите системи на органи, како што е срцето, во оваа концентрација. Овој хроничен модел бара комори за вдишување на целото тело, но го минимизира нивото на стрес и изложеност. Иако протоколот презентиран овде е приод управуван од софтвер, нашето искуство покажа дека рачниот пристап е исто така точен и постојан метод на изложеност 12, 24. Покрај тоа, таа е лесно применлива за неколку истражувачки области, вклучувајќи и други оштетувања на органите 23 предизвикани од изложеност на испарливи органски соединенија 22. Особено, овој модел може повеќе да личи на патогенезата на човечката ко-изложеност на хемикалии во животната средина и основната болест 5 .

За да се постигнат слични резултати, мора да се постигнат одредени критични чекори во оптимизацијата на протоколот. На пример, проценувачите мора да утврдат дека концентрацијата на VC или друг токсичен агенс во коморите е во посакуваниот опсег на изложеност (т.е. ниско, под-OSHA или акутно ниво). Оптимизирањето на овој чекор на комората за вдишување е клучно за успешниот модел на изложеност на човечки интерес. Второ, прилагодувањето на времето на изложеност на ден и времетраењето на експериментот исто така може да се променат. Во согласност со интересите на оваа група, беше постигната поставка за професионална изложеност и беше испитан и дополнителен параметар на исхраната. Сепак, животната средина и акутната изложеност, исто така, може да се моделираат со овој протокол.

Оваа работа ја предизвикува парадигмата дека тековните граници на изложеност на VC (професионални и еколошки) се безбедни. Иако сегашната граница на изложеност на OSHA за VC е 1 ppm, овој модел покажа дека концентрациите на VC под оваа граница се доволни за подобрување на повредите на црниот дроб предизвикани од HFD кај глувците. Овој протокол им овозможува на истражувачите да учат и карактеризираат нова парадигма на токсично изложување и да моделираат TASH.

Ова е првиот модел на хронична изложеност на ниски дози на VC. Претходната работа користела многу високи концентрации на болус, акутни изложености или активни метаболити како замени за изложеност на VC. Сите овие пристапи ја намалуваат важноста на наодите за изложеност на луѓето. Оттука, овој нов модел на интеракција TASH-NAFLD ја обезбедува потребната платформа за истражувачите да ги проучуваат сложените интеракции на ниско изложеност на VC.

Овој модел на токсична предизвикана повреда на црниот дроб може да се користи за други испарливи органски соединенија и исто така да се проучат други интеракции што можат да влијаат на црниот дроб и другите системи на органи 8, 22, 23. Покрај тоа, овој модел бил и може понатаму да се користи за истражување на интервентни терапии и длабински механистички студии за начинот на дејствување на овој доминантен токсичен агенс 24. Бидејќи VC е познат канцероген 26, 27, 28, оваа парадигма на изложеност може да се модифицира и за проучување на рак предизвикан од VC. Други коморбидитети, како што се алкохолни заболувања на црниот дроб, исто така, може да се влошат со ко-изложеност на ВЦ. Дополнително, би било од интерес да се проучат различни видови маснотии, како што се полинезаситените масни киселини 18, 29, 30 или различни видови јаглехидрати 31 и нивната истовремена изложеност на VC во овој модел. Всушност, се знае дека сите овие фактори имаат различни ефекти врз развојот на оштетување на црниот дроб и може да играат улога во заболување на црниот дроб предизвикано од ВЦ.

Сумирајќи, ова е нов модел на вдишување за еколошко токсично оштетување на црниот дроб и воспоставува парадигма на изложеност за хронично, мало изложување на VC. Концентрацијата на VC што се користи во овој модел е субхепатотоксична сама по себе, додека ја подобрува повредата на црниот дроб предизвикана од друг фактор (HFD) кај глувците. Овој модел ќе им овозможи на истражувачите да проучуваат механизми и интервенции за хронична токсичност во VC и може да биде корисен за преведувачки студии кои испитуваат изложени на луѓе кои се изложени на најголем ризик.

Откривање

WT Goldsmith има финансиски интерес за IEStechno, образецот за опишаниот систем. Останатите автори нема што да откријат.

Признанија

Оваа студија беше финансирана од награди од Националниот институт за здравство (K01 DK096042 и R03 DK107912) на Julулијан Бејер. Истражувањето беше поддржано и од Награда за институционален развој (IDeA) од Националниот институт за општи медицински науки до Националниот институт за здравство под грант број P20GM113226 и од Националниот институт за злоупотреба на алкохол и алкохолизам на Националниот институт за здравство под доделен број P50AA024337. Содржината е единствена одговорност на авторите и не ги претставува официјалните ставови на Националниот институт за здравство.