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模型制备

再生障碍性贫血动物模型

2018年08月10日 浏览量: 评论(0) 来源:《人类疾病动物模型复制方法学》 作者:周光兴 责任编辑:yjcadmin
摘要:临床上再生障碍性贫血(aplastic anemia, AA)是一组造血组织功能衰竭综合征,患者多为青壮年,且急性病例的患者预后极差,仅慢性轻型病例可望获得缓解或治愈。再生障碍性贫血的病因目前仍尚未完全阐明,已知病因主要是机体骨髓多能干细胞及微环境受损而产生一系列功能与形态变化,进一步导致全血细胞减少;可能的病因还包括物理、化学和生物因素。此外,机体的免疫因素在此病的发生发展过程中有一定的作用。再生障碍性贫血患者的临床主要症状为贫血、出血和反复感染;三种血细胞同时减少,无肝脾或淋巴结肿大。

临床上再生障碍性贫血(aplastic anemia, AA)是一组造血组织功能衰竭综合征,患者多为青壮年,且急性病例的患者预后极差,仅慢性轻型病例可望获得缓解或治愈。再生障碍性贫血的病因目前仍尚未完全阐明,已知病因主要是机体骨髓多能干细胞及微环境受损而产生一系列功能与形态变化,进一步导致全血细胞减少;可能的病因还包括物理、化学和生物因素。此外,机体的免疫因素在此病的发生发展过程中有一定的作用。再生障碍性贫血患者的临床主要症状为贫血、出血和反复感染;三种血细胞同时减少,无肝脾或淋巴结肿大。

1 物理刺激法

(1)复制方法  成年小鼠,采用60Co-γ射线7.0Gy剂量一次性全身照射,照射距离为2m,辐射剂量率2.275Gy/min,即可复制成功AA动物模型。

(2)模型特点  物理射线除可引起机体造血功能严重障碍,还可造成模型动物全身各组织器官损伤,副作用较大。采用60CO-γ射线全身照射造模时如一过性器官损害太重,则模型小鼠死亡率很高;而如果一过性损害太轻,则小鼠造血功能又可自行恢复,影响造模效果。因此,虽然模型制作方法简单,容易操作,但辐射剂量的正确选择是模型制备成功的关键因素。

(3)比较医学  受亚致死量或致死量的X或C射线照射后,小鼠造血功能可发生严重障碍,外周血全血细胞减少,其疾病表现特征与临床上人类急性再生障碍性贫血相似,可

以作为再生障碍性贫血动物模型而用于实验研究。

2 化学诱导法

(1)复制方法  将马利兰用蒸馏水配成0.05%混悬液,按4ml/kg体重的剂量给小鼠灌胃,连续灌胃45d。模型小鼠给药45d后,大多数小鼠的外周血白细胞、血小板、血红蛋白可较正常小鼠降低1/3以上,同时小鼠股骨内多能造血干细胞数仅为正常小鼠的40%左右。

(2)模型特点  模型制备方法简便、可靠,马利兰等药物作用明显,但与物理刺激法相比造模时间周期较长,容易造成模型动物骨髓永久性损伤。

(3)比较医学  马利兰可使模型动物造血干细胞受到损伤,使造血干细胞数量明显减少,且自然恢复较慢,本模型适用于对再生障碍性贫血药物治疗及药物筛选方面的研究。

3 免疫介导法

(1)复制方法  体重为16~20g,年龄为8~12周龄的 BALB/c小鼠,作为受体;8~10周龄的DBA/2小鼠,作为供体;两种小鼠均雌雄不限。取DBA/2小鼠,颈椎脱臼处死,用95%乙醇浸泡消毒5min后,无菌方法取出其胸腺及腋下、腹股沟等处的淋巴结,加RPMI-1640培养液,除去表面血污及黏附的结缔组织,再次清洗后用手术刀反复剪切所取组织,直到成糊状,再轻轻研磨用200目尼龙网过滤,使之成为单细胞悬液。计数后配成1×1000000000/L浓度,其胸腺细胞:淋巴细胞为1:2。取1滴台盼蓝滴入玻片上,鉴定细胞活性应在95%以上。将BALB/c小鼠经γ射线6.0Gy全身照射3min,亚致死剂量照射后于1~4h内,按0.2ml/只的剂量,立即经小鼠尾静脉用注射器注入上述细胞悬液,即可制成再生障碍性贫血动物模型。

(2)模型特点  本方法复制的AA模型稳定性及重复性好,但制作方法较为复杂,对制备条件要求高,且模型动物死亡率较高,通常在12~14d可全部死亡。所以适用于作时间较短的急性再生障碍性贫血的实验研究。如用于药效研究,尤其是中药药效的研究,则将受到研究时间方面的限制。

(3)比较医学  应用免疫介导方法建立的小鼠再生障碍性贫血模型,模型小鼠出现的临床症状、外周血及骨髓象变化特点与临床人类再生障碍性贫血患者基本一致。在机体众多造血负调控因子中,IL-2和TNF含量的异常升高,可表现出对CFU-GM的生成产生明显的抑制效应,故一直被认为与人类免疫介导型再生障碍性贫血循环造血抑制活性的形成密切相关。因此,本模型适用于作与免疫因素有关的急性再生障碍性贫血的实验研究。

4 复合方法诱导法

1.环磷酰胺加氯霉素诱发再生障碍性贫血动物模型

(1)复制方法  体重为20g左右、年龄为6~7周龄的雄性KM小鼠,采用60Co-γ射线3.0Gy照射后于第4日开始给予环磷酰胺(cyclophosphamide, CY)50.0mg/kg体重及氯霉素(CH)62.5mg/kg体重的剂量,连续给药3d。分别于给药后第8, 12, 16日取小鼠血抗凝后作血常规检测,并于第8日时处死小鼠,取其左侧股骨,Bouin液固定,硝酸脱钙,作常规组织切片,光镜下观察。

(2)模型特点  模型小鼠在第8, 12, 16日时其外周血白细胞、血小板、血红蛋白均较正常小鼠明显降低。镜下病理组织学观察显示:模型小鼠骨髓增生极度低下,造血细胞减少(造血细胞容量<20%);骨髓中脂肪细胞增多,间质水肿,血窦扩张,无巨核细胞等改变,出现明显的再生障碍性贫血特征。本模型制作方法简单,复制周期短,成功率高,动物死亡率低。不足之处是造模第25日左右模型小鼠造血功能可恢复正常。如作为AA模型用于研究,则应该在20d左右时处死动物,检测各项指标较为理想。

(3)比较医学  本模型制作方法中CY是烷化剂,其具有细胞毒作用,可抑制机体细胞DNA合成,对造血系统敏感,它可以较缓慢但持久地抑制模型动物的骨髓。而CH可抑制机体骨髓造血,导致出现机体AA。γ射线照射则可影响机体DNA复制,抑制细胞的有丝分裂,使造血干细胞减少,并影响机体的免疫功能。

2.环磷酰胺加甲苯诱发再生障碍性贫血动物模型

(1)复制方法  用体重约为20g,年龄为6~8周龄的 KM小鼠。造模前1d,模型动物局部皮肤消毒后,以剪尾采血法检查其血象,并经小鼠眼眶取血推血片,黄焦油蓝染色,作网织红细胞记数,记录动物血红蛋白(Hb)、血小板(PLT)、红细胞(WBC)及网织红细胞(RET)细胞数。次日按50mg/kg体重的剂量经小鼠皮下注射环磷酰胺溶液,隔天1次,共4次;同时将小鼠放入气缸内,给予甲苯吸入染毒,甲苯浓度为30mg/L,每天1次,每次2h,共8次,于染毒第10日、35日各取模型动物血观察血象和网织红细胞。造模第11日时,颈椎脱臼处死部分小鼠,取其骨髓(股骨与胸骨)用 Bouin液固定,取脾、肝等器官组织用10%甲醛溶液固定,石蜡包埋,作常规组织切片,HE染色,光镜下观察。剩余的模型小鼠于造模第35日测其血象,并作耳廓微循环观察(用30mg/kg体重剂量的戊巴比妥钠麻醉,在微循环显微镜下观察动物耳郭微动脉、微静脉口径),然后处死动物取骨髓及脾脏等进行病理组织学检查。外周血三系细胞减少,网织红细胞减少,骨髓活检示骨髓增生低下,非造血细胞增多,脾脏萎缩,可判定造模成功。

(2)模型特点  目前已建立并用于实验研究的再生障碍性贫血动物模型,采用的造模方法主要有化学方法(如环磷酰胺、马利兰、苯剂等)、物理方法(如反复照射,注射放射性同位素89Sr、32P等)和生物(免疫介导)等方法。环磷酰胺属于烷化剂,能抑制机体内细胞DNA合成,具有使全血细胞减少的细胞毒作用。临床上有不少经常接触甲苯(或苯的衍生物)的人群,如喷漆工、制鞋工、印染工等,均易发生此类疾病。采用环磷酰胺和甲苯复合方法制作再生障碍性贫血动物模型符合该病常见病因。本模型制作方法简单、复制周期短、模型成功率高。如果单纯采用环磷酰胺造模,可发现模型动物外周血白细胞数量下降明显,而红细胞数量下降缓慢而不显著,该模型周期较短。如单纯使用苯,则动物全血细胞减少,周期短。如单纯采用放射线造模,较环磷酰胺效果佳,各系下降更为明显,维持周期更长。但是剂量不容易控制。有文献报道采用几种方法联合来造模,如60CO-环磷酰胺-乙酰苯肼,能够迅速降低外周红细胞数量,周期长而稳定,但是实验要求严格,繁琐,不易广泛使用。

(3)比较医学  临床上再生障碍性贫血(aplastic animer,AA)是由于机体造血干/祖细胞增生,分化障碍或造血微环境异常而导致的以造血组织功能衰竭为特征的疾病。再生障碍性贫血病因复杂,患者常与经常性接触化学药物、放射线或自身免疫性疾病相关。本方法复制的模型动物表现有全血细胞减少,网织红细胞减少,骨髓造血干细胞减少,非造血细胞成分增多,脾脏萎缩、出血、感染等表现,与临床上人类再生障碍性贫血症状有相似之处,可用于人类再生障碍性贫血的发病机制、药物治疗及药物筛选方面的研究。

3.环磷酰胺加60Co-γ射线加乙酰苯肼诱发再生障碍性贫血动物模型

(1)复制方法  体重为18~22g,年龄为6~8周龄的 BA1B/c小鼠,将60只BA1B/c小鼠。造模第1日,按80mg/kg体重的剂量经小鼠皮下注射乙酰苯肼(acetylphenylhydrazine, APH),第2日模型小鼠给予2cGy剂量的60Co-γ射线照射处理;照射后第3日,按50mg/kg体重的剂量给小鼠一次性腹腔注射环磷酰胺(cyclophosphamide, CY)。分别于预定时间内,采小鼠血作外周血象检测;并颈椎脱臼处死小鼠,无菌状态下取小鼠股骨,2ml IMDM培养基冲出骨髓细胞,制备单细胞悬液,吸取100μl做骨髓有核细胞(BMC)计数。用第7日时的小鼠骨髓细胞做细胞培养,制备培养体系。接种细胞,置CO2培养箱培养,7d后计数CFU-GM,BFU-E,CFU—Meg集落数。

(2)模型特点  造模后第7日外周血象检测结果表明:外周血三系细胞均明显降低,至15d时仍处于骨髓抑制期。造模后BMC数量减少,但第7, 11, 15日时小鼠骨髓有核细胞(BMC)计数结果呈逐渐上升趋势,提示骨髓抑制可随时间延长逐渐恢复。造模后第7日进行造血祖细胞培养,观察集落产率降低,CFU-GM,BFU-E,CFU-Meg计数结果均明显低于正常对照动物。本方法复制的再生障碍性贫血模型在外周血象协同性下降水平、骨髓抑制持续时间方面均表现出良好的特点,模型复制方法简便易行,造模周期较短。结果稳定可靠,可作为一种较好的AA模型。

(3)比较医学  AA发病原因复杂,且患者常与化学药物、放射线、自身免疫性疾病相关。因此建立良好的AA动物模型对进一步深入研究再生障碍性贫血的发病机制、药物治疗具有重要意义。目前,AA动物模型的造模方法种类较多,但均存在模型动物再障期不稳定、各血系降低水平不一致、造模方法繁琐、周期较长等缺点。而本模型采用复合造模方法,模型动物具有迅速降低外周红细胞数量,周期长而稳定等特点,环磷酰胺作为最常用作复制AA动物模型的细胞周期非特异性药物,可与细胞DNA发生交叉联结,抑制 DNA的合成,其细胞毒性作用强烈,所引发的骨髓抑制作用迅速,基本可逆。60Co-γ射线可引起机体细胞DNA损伤,干扰DNA复制,阻断有丝分裂,抑制细胞增殖。而乙酰苯肼作为一种缓慢性氧化药物,可导致红细胞膜损伤而减少外周红细胞数量。单纯采用环磷酰胺造模可发现模型动物外周血白细胞数量下降显著,但红细胞数量下降缓慢且不显著,考虑到动物外周成熟红细胞不受环磷酰胺影响,存活周期长,暂时掩盖了模型动物的骨髓抑制;且该模型复制周期较短,限制了对红细胞的进一步观察。单纯采用放射线造模结果较环磷酰胺模型更佳,各系下降更为明显,且模型维持周期更长。但照射剂量不易控制,容易造成小鼠死亡或影响模型复制效果。本模型虽有迅速降低外周红细胞数量,周期长而稳定等特点,但复制时仍存在着需要专用设备、专业人员、过程较繁琐等缺点,与其他常用方法复制的AA动物模型相比仍具有简单、有效、稳定的特点。

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