结肠炎(UC)动物造模解决方案和文献指南-技术前沿-资讯-生物在线

结肠炎(UC)动物造模解决方案和文献指南

作者:翌圣生物科技(上海)股份有限公司 2024-07-12T00:00 (访问量:26029)

 

DSS造模发展历程

目前有多种动物模型被广泛用于研究炎症性肠(inflammatory bowel disease,IBD)的病因、发病机制及测试新开发药物药效等,尤其以葡聚糖硫酸钠盐(Dextran Sulfate Sodium Salt,DSS,MW:36000~50000)结肠炎(ulcerative colitis,UC)模型应用最为广泛。

 

现行研究中最常用的UC建模类型大约分为:自发模型、诱导模型(化学药物诱导:TNBS三硝基苯磺酸,DSS葡聚糖硫酸钠等、免疫学方法诱导、细胞移植诱导)以及基因修饰模型等。

图1 .DSS溃疡病结肠炎模型发展历程

 

 

DSS造模优势

葡聚糖硫酸钠盐(Dextran Sulfate Sodium Salt, DSS)是一种聚阴离子衍生物,其诱导结肠炎模型的机制虽仍未十分明确, 但通常认为与巨噬细胞功能失调、肠道菌群失调、DSS对结肠上皮的毒性作用、细胞因子在DSS结肠炎模型的发病中起重要作用等机制有关。

 

对比多种UC建模类型,DSS造模具有很大的优势:

 

1. 症状表现与人溃疡性结肠炎(UC)极度相似,可用于研究急、慢性结肠炎的发生发展机制,也可用于药物的药效研究。

2. 自由饮用DSS水溶液的建模方式,简单易行,成模率高,重复性强。

3. 用不同浓度的DSS、给药时间和给药频率,可以实现急性和慢性两种结肠炎模型。模型持续时间长,体现了急性向慢性转化的动态过程,解决了UC的慢性化和维持问题,这是以前许多模型无法比拟的。

4. 多种属动物中均可造模:小鼠、大鼠、斑马鱼、猪、果蝇等。

5. 联合氧化偶氮甲烷 (azoxymethane, AOM)用药,可用于诱发结肠炎相关性癌症 (colitis associated cancer, CAC) 动物模型,成功模拟IBD诱发CAC的过程。

 

 

DSS构建的UC模型特点

通过给予动物自由饮用不同浓度的DSS(MW:36000~50000)水溶液,根据用药时间及用药周期可制成急性和慢性两种结肠炎模型。该模型症状表现与人类UC极为相似,主要表现为腹泻、黏液样便、粪便潜血、肉眼血便、重量减轻、活动度减少,毛色变差等。

 

 表1.DSS结肠炎模型组织学特征

DSS结肠炎模型类别

急性期结肠炎模型

慢性期结肠炎模型

组织学改变

结肠充血、水肿、变短、变脆、重量长度比增加

结肠明显缩短

出现不同程度的结肠溃疡

粘膜增厚、淋巴结肿大

黏膜水肿、杯状细胞缺失、隐窝肿胀破坏

杯状细胞缺失、隐窝缺失

黏膜和黏膜下层出现不同程度的炎症细胞浸润,上皮细胞损伤

小部分动物出现腺瘤性息肉、肿瘤样改变

 

 

DSS UC模型构建实例 1. 小鼠造模

1)BALB/c小鼠,雌,6-8周,25 g;

2)用无菌水配置3% DSS饮用水,然后用0.22 μm的滤膜过滤;

3)给小鼠连续饮用7天,HE染色;

4)实验结果:小鼠的组织水肿充血,有明显的炎症现象。

 

DSS造模具体实验步骤:

DSS浓度:急性期模型通常为3-5%,慢性期模型通常为1-3%;可根据实验需求及动物类型摸索浓度。该浓度为质量体积比,使用饮用水配置后,0.22 µM滤膜过滤除菌。

数据记录:每隔24 h记录小鼠体重、粪便粘稠度、粪便潜血等指标。

 

1) 急性DSS结肠炎模型

Day1:称重并标记各组C57BL/6小鼠。待造模小鼠饮用3-5% DSS水溶液,未处理组小鼠饮用正常水。

Day3:给予待造模小鼠更换新鲜3-5% DSS饮用水。

Day5:给予待造模小鼠更换新鲜3-5% DSS饮用水。

Day8:给予待造模小鼠更换新鲜不含DSS的饮用水。

 

2) 慢性DSS结肠炎模型

Day1:称重并标记各组C57BL/6小鼠。待造模小鼠饮用1-3% DSS水溶液,未处理组小鼠饮用正常水。

Day3:给予待造模小鼠更换新鲜1-3% DSS饮用水。

Day5:给予待造模小鼠更换新鲜1-3% DSS饮用水。

Day8:给予待造模小鼠更换新鲜不含DSS的饮用水。

Day22-Day26:重复Day1-Day5操作。

Day29:给予待造模小鼠更换新鲜不含DSS的饮用水。

Day43-Day47:重复

Day1-Day5操作。

Day50:给予待造模小鼠更换新鲜不含DSS的饮用水。

图2.DSS急性结肠炎切片HE染色结果[1]

 

 2. 斑马鱼造模

1)将斑马鱼胚胎培养在含甲基蓝的E3胚胎培养基中,28.5 ℃,培养至1 dpf;

2)用E3培养基配置0.5% DSS饮用水,然后用0.22 μm的滤膜过滤;

3)用0.5%的DSS处理斑马鱼,从3 dpf处理到6 dpf。

4)实验结果:0.5%的DSS药物处理均会导致斑马鱼肝脏颜色变深,产生炎症应激。

 

图3.DSS导致斑马鱼肝脏产生炎症反应[2]

 

 3. 猪造模

1)四到五天大的约克郡小猪,实验组:灌注DSS,对照组:灌注生理盐水

2)每只小猪每日摄入量1.25 g DSS/kg,灌注5天

3)实验结果:灌注DSS后,实验组的血浆D-甘露醇摄取率显著高于对照组,表明小猪出现了肉眼可见的肠炎症状。

 

图4.DSS诱导致小猪体内D-甘露醇浓度高于对照组[3]

 

 4. 果蝇造模

1)将5~10日的雌果蝇放在一个装有2.5×2.5×1cm的空小瓶中培养中,用5%蔗糖溶液润湿的3.75-cm色谱纸(Fisher)进料介质;

2)用5%的蔗糖溶液分别配制含有不同成分的喂食培养基,类别包括各含3%的DSS,25 μg/mL博来霉素(硫酸博来霉素60257ES盐酸博来霉素60216ES);

3)果蝇放入含有层析纸的瓶中,29℃培养三天,期间每天将存活的果蝇移入含有新鲜培养基的空瓶中;

4)实验结果:DSS有致死的功能,且DSS诱导ISC前体细胞增殖。

 

图5.DSS诱导果蝇中ISC前体细胞增殖[4]

 

 

如何评价造模是否成功

1. 疾病活跃指数评分(Disease Activity Index, DAI score)

从三个方面进行评估打分,分别为体重、粪便粘稠度、粪便潜血等指标,DAI评分为三个指标之和。

 

表2 .DAI评分细则

评分

体重下降百分比

粪便粘稠度

粪便潜血

0

0

正常

阴性

1

1-5%

软便

浅蓝

2

5-10%

黏液样便

蓝色

3

10-20%

稀液状便

深蓝

4

>20%

——

肉眼血便

 

2. 组织学变化评分

组织学变化评分为上述各指标之和,在急性结肠炎模型中淋巴结形成不做评分。组织学分析的标准方法为HE染色(Cat.NO:60524ES60)。

 

表3 .组织学变化评分

评分

溃疡(个)

上皮细胞变化

炎症浸润

淋巴结(个)

0

0

正常

1

1

杯状细胞缺失

隐窝周围浸润

1

2

2

杯状细胞大面积缺失

黏膜肌层出现浸润

2

3

3

隐窝缺失

黏膜肌层普遍浸润,黏膜增厚

3

4

>3

隐窝大面积缺失或息肉状再生

黏膜下层浸润

>3

 

3. 结肠长度

急性结肠炎模型中,第8天可检测到结肠长度缩短;慢性结肠炎模型中,结肠长度缩短更加明显。

 

4. 总结

DSS UC动物模型构建应先进行预实验,摸索建模条件,建议预实验每组样本8-10只,并设立对照组。通常出现体重减轻、稀便、腹泻、血便或粪便潜血、溃疡可视为DSS药物有效,造模成功。但是体重减轻并不一定是造模成功的必要标准,也有可能体重变化不大,主要还是看实验动物的实际病理情况或切片情况来评估造模成功与否。

 

 

翌圣DSS客户数据展示 客户1发表的文献:

客户来源:中国医学科学院北京协和医学院放射医学研究所(天津)

小鼠类型:6~8周雄性C57BL/6J小鼠

造模方法:1.5% (w/v) DSS自由饮用15天

 

图6.Yeasen DSS(Cat#60316ES)小鼠造模实验结果(Yuan Li, et al. Gut Microbes(2019)789-806. IF=10.245

 

 客户2发表的文献:

客户来源:南京农业大学

小鼠类型:体重为20~22 g的8周龄雄性C57BL/6小鼠

造模方法:3% (w/v) DSS自由饮用7天

 

 

图7.Yeasen DSS(Cat#60316ES)小鼠造模实验结果(Xiaona Gao, et al. Journal of Nutritional Biochemistry 83 (2020) 108438. IF=6.048

 

 客户3发表的文献:

客户来源:中国海洋大学

小鼠类型:4-5周龄SPF雄性C57BL/6J小鼠

造模方法:3.5% (w/v) DSS自由饮用一周

 

图8 .Yeasen DSS(Cat#60316ES)小鼠造模实验结果(Hao H,et al.Frontiers in Immunology.2021.777147. IF=7.561

 

 

客户4 发表的文献

客户来源:上海交通大学医学院瑞金医院

小鼠类型:9周龄雌性C57BL/6J小鼠

造模方法:4% (w/v) DSS自由饮用10天

 

图9  Yeasen DSS(Cat#60316ES)小鼠造模实验结果(Li Zhao, et al. Chemical Engineering Journal. 2021.130464. IF=13.27

 

 

客户5 发表的文献

客户来源:中国海洋大学

小鼠类型:7-8周龄雄性C57BL/6小鼠

造模方法:3% (w/v) DSS自由饮用10天

 

图10  Yeasen DSS(Cat#60316ES)小鼠造模实验结果(Tong, L, et al. Milk-derived extracellular vesicles alleviate ulcerative colitis by regulating the gut immunity and reshaping the gut microbiota. 2021.62046. IF=11.56

 

 

客户6 发表的文献

客户来源:浙江大学

小鼠类型:6周龄雄性C57BL/6小鼠

造模方法:3个周期,每个周期包括1周2% DSS,2周饮用水

 

图11  Yeasen DSS(Cat#60316ES)小鼠造模实验结果(Zhong D, Jin K, Wang R,et al. Microalgae-Based Hydrogel for Inflammatory Bowel Disease and Its Associated Anxiety and Depression. Advanced Materials. 2024. IF=29.4

 

翌圣DSS建模案例

翌圣DSS(Cat.NO:60316ES,MW:36000~50000)广泛应用于UC模型的构建。我们发现急性结肠炎成模时间主要集中在7天左右,效果十分显著。下表是部分客户的数据反馈。

 

表4 .用DSS构建不同类型的肠炎模型

模型

建模样本

造模方案

造模结果

使用评价

急性结肠炎

BALB/c小鼠,雌,6-8周,25 g

3%-5% DSS连续自由饮用7天

Day5出现,结肠长度缩短、HE染色,炎症明显

成模速度快,用时短。符合急性结肠炎模型特征

C57BL/6小鼠,雄,8周,20 g

3%-5% DSS灌胃,持续给药

Day5出现,结肠长度缩短、体重下降、便血、拉稀

成模率高,用时短。符合急性结肠炎模型特征

慢性结肠炎

C57BL/6小鼠,雄,8周,22 g

1-2% DSS灌胃,持续给药

Day40出现,结肠长度缩短、体重下降、便血、拉稀

成模率高。符合慢性结肠炎模型特征

结肠癌

C57BL/6小鼠,雄,8周,21 g

1%-2% DSS自由饮用5天,持续3周

14周 出现,结肠长度缩短、体重下降、HE染色,炎症明显

成模率高。符合结肠癌模型特征

 

Yeasen提供高品质DSS(Cat#60316ES):高纯度(98%),硫含量17-19%,游离硫<0.2%,大量文献数据支持,建模效率可媲美进口品质。

 

 

翌圣DSS产品特点

1. 症状与人类UC高度相似:可用于研究结肠炎发生机制和药效研究。

2. 成模率高:自由饮用DSS水溶液,简单易行、重复性强。

3. 可构建多种结肠炎模型:急性结肠炎、慢性结肠炎,还可以联合AOM构建结肠炎相关性癌症(CAC)模型。

4. 适用于多种属动物造模:小鼠、大鼠、斑马鱼、猪、果蝇等。

5. 安全性高:DSS可被自然生态系统降解,对环境安全;

6. 纯度高:高纯度(98%),硫含量17-19%。

 

 

常见问题

无论急性DSS结肠炎模型还是慢性DSS结肠炎模型,肠炎严重程度与成功与否均与小鼠种属(不同基因背景)、DSS浓度、给药周期等相关。

 

表5.DSS结肠炎造模常见问题

可能出现的问题

可能的原因

建议解决办法

小鼠致死率高

DSS浓度太高

降低DSS给药浓度

小鼠无肠炎症状或低肠炎症状

DSS浓度太低

升高DSS给药浓度;减少循环间隔时间(10-14天)

同一组小鼠,肠炎症状差异大

瓶盖堵塞

每天检查小鼠饮水瓶

 

 

FAQ

Q1:如何配置DSS溶液?

A:用无菌水配制DSS溶液到所需浓度,建议使用0.22 μm的过滤。

 

Q2:DSS造模方案包括哪些?

A:可通过自由饮、口服、或灌胃给药。

 

Q3:影响DSS造模成功的关键因素有哪些?

A:DSS浓度、分子量、给药时间以及动物种属。

 

Q4:每天给大鼠和小鼠饮水量体积是多少(包含急性和慢性造模)?

A:小鼠(20~25g)每只每天7-10毫升,大鼠(100 g)每只每天10~11毫升。

 

Q5:DSS和TNBS均是结肠炎模型,两者有什么区别?

A:DSS诱发溃疡性结肠炎,TNBS诱发克罗恩病结肠炎。

 

Q6:慢性结肠炎造模过程中,为什么第二阶段诱导总是慢于第一阶段?

A:第一阶段诱导后DSS耐受水平会提高,症状出现缓慢或较轻是常见的。若想要缩短第二阶段诱导周期,可以适当提高DSS浓度。

 

 

客户发表的文献(不完全统计)

截止到2024年3月,Dextran Sulfate Sodium Salt(DSS) 结肠炎建模用葡聚糖硫酸钠(60316ES)已累计发表文献120篇,总影响因子675.71。

 

滑动查看

[1] Li Zhao, et al. Improving drug utilization platform with injectable mucoadhesive hydrogel for treating ulcerative colitis. Chemical Engineering Journal. Volume 424, 2021, 130464. (IF: 13.27)

[2] Tong, L, et al. Milk-derived extracellular vesicles alleviate ulcerative colitis by regulating the gut immunity and reshaping the gut microbiota. Theranostics 2021, 11 (17), 8570-8586. DOI: 10.7150/thno.62046. (IF: 11.56)  

[3] Feng X, et al. Yeast Microcapsule Mediated Natural Products Delivery for Treating Ulcerative Colitis through Anti-Inflammatory and Regulation of Macrophage Polarization. ACS Appl Mater Interfaces. 2022 Jul 13;14(27):31085-31098. doi: 10.1021/acsami.2c05642. Epub 2022 Jun 30. PMID: 35770618. (IF: 10.38)  

[4] Li X, et al. Discoidin domain receptor 1(DDR1) promote intestinal barrier disruption in Ulcerative Colitis through tight junction proteins degradation and epithelium apoptosis. Pharmacol Res. 2022 Sep;183:106368. doi: 10.1016/j.phrs.2022.106368. Epub 2022 Jul 26. PMID: 35905891. (IF: 10.33)

[5] Jingjing Gan, et al. Orally administrated nucleotide-delivery particles from microfluidics for inflammatory bowel disease treatment. Applied Materials Today, Volume 25, 2021, 101231. (IF: 10.04)

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[16] Zhang K, et al. Pharmacokinetic Study of Four Major Bioactive Components of Liandan Xiaoyan Formula in Ulcerative Colitis and Control Rats Using UPLC-MS/MS. Front Pharmacol. 2022;13:936846. Published 2022 Jul 4. doi:10.3389/fphar.2022.936846. (IF:5.99)

[17] Yan G, et al. Immuno-PET Imaging of TNF-α in Colitis Using <sup>89</sup>Zr-DFO-infliximab. Mol Pharm. 2022;19(10):3632-3639. doi:10.1021/acs.molpharmaceut.2c00411. (IF:5.36)

[18] Xiong X, et al. HuanglianGanjiang Tang alleviates DSS-induced colitis in mice by inhibiting necroptosis through vitamin D receptor. J Ethnopharmacol. 2022;298:115655. doi:10.1016/j.jep.2022.115655. (IF:5.19)

[19] Zhu Y, et al. Endometrial Regenerative Cell-Derived Exosomes Attenuate Experimental Colitis through Downregulation of Intestine Ferroptosis. Stem Cells Int. 2022;2022:3014123. Published 2022 Aug 22. doi:10.1155/2022/3014123. (IF:5.13)

[20] Xuan Zhang, Xia Gao, Xiangzhou Yi,et al. Multi-targeting inulin-based nanoparticles with cannabidiol for effective prevention of ulcerative colitis[J]. Materials Today Bio.2024, 25100965. IF=8.2

[21] Zhong D, Jin K, Wang R, ,et al. Microalgae-Based Hydrogel for Inflammatory Bowel Disease and Its Associated Anxiety and Depression. Adv Mater. 2024 Jan 26:e2312275. doi: 10.1002/adma.202312275. IF=29.4

 

 

 

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Dextran Sulfate Sodium Salt(DSS)

结肠炎建模用葡聚糖硫酸钠盐 MW:36000~50000

60316ES25

25 g

1,255

1,058

60316ES60

100 g

3,855

2,928

60316ES76

500 g

16,855

10,628

60316ES80

1 kg

32,855

20,528

Hematoxylin and Eosin Staining Kit  

苏木素伊红(H&E)染色试剂盒

60524ES60

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