Experimental mouse model of pulmonary fibrosis induced by nebulized LPS administration

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Lipopolysaccharide (LPS)-induced lung injury is the most commonly used mouse model of acute lung inflammation that simulates the development of respiratory distress syndrome in humans. The effects of acute LPS-induced airway inflammation are well studied and associated with the neutrophil accumulation in bronchoalveolar lavage fluid (BALF), local and systemic production of proinflammatory cytokines and narrowing of the airways. Recent studies demonstrated the presence of pulmonary fibrosis characterized by increased fibroblast proliferation and excess extracellular matrix deposition in late phase of acute lung inflammation caused by LPS exposure. This work describes an experimental model of acute lung injury induced by a single aerosol injection of LPS as a reproducible in vivo model of pulmonary fibrosis. To induce lung injury, C57BL/6 mice were placed in a chamber and exposed to an aerosol containing 10 mg of LPS using an Aeroneb Lab Nebulizer delivery system. We found that 5 weeks after a single nebulized LPS administration, mice have increased production of IL-6 in BALF. Although the frequency of neutrophils was not altered, there was a decrease in the percentage of alveolar macrophages at 5 weeks after LPS exposure, indicating continued lung inflammation. Several weeks after aerosolized LPS challenge, IL-10 production in BALF was increased, as well as expression of Tgfb1, Col1a1, Il13 and Acta2, and collagen deposition in lung tissue compared to mice with acute lung inflammation.

Thus, the single nebulized LPS administration represents a relevant, reproducible and physiologic model in mice allowing to investigate the mechanisms of pulmonary fibrosis development and help in the search for new therapeutic agents and approaches.

About the authors

O. A. Namakanova

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: olga.namakanova@gmail.com

Junior Research Associate, Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine

Russian Federation, Moscow

E. O. Gubernatorova

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: olga.namakanova@gmail.com

Senior Research Associate, Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine

Russian Federation, Moscow

N. R. Chicherina

Sirius University of Science and Technology

Email: olga.namakanova@gmail.com

Master Student, Division of Immunobiology and Biomedicine

Russian Federation, Krasnodar Region

R. V. Zvartsev

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: olga.namakanova@gmail.com

Junior Research Associate, Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine

Russian Federation, Moscow

M. S. Drutskaya

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences; Sirius University of Science and Technology

Email: olga.namakanova@gmail.com

PhD, MD (Biology), Leading Research Associate, Center for Precision Genome Editing and Genetic Technologies for Biomedicine; Associate Professor

Russian Federation, Moscow; Krasnodar Region

References

  1. Bain C.C., MacDonald A.S. The impact of the lung environment on macrophage development, activation and function: diversity in the face of adversity. Mucosal Immunol., 2022, Vol. 15, no. 2, pp. 223-234.
  2. Byrne A.J., Maher T.M., Lloyd C.M. Pulmonary macrophages: a new therapeutic pathway in fibrosing lung disease? Trends Mol. Med., 2016, Vol. 22, no. 4, pp 303-316.
  3. de Souza Xavier Costa N., Ribeiro Junior G., Dos Santos Alemany A.A., Belotti L., Zati D.H., Frota Cavalcante M., Matera Veras M., Ribeiro S., Kallas E.G., Nascimento Saldiva P.H., Dolhnikoff M., Ferraz da Silva L.F. Early and late pulmonary effects of nebulized LPS in mice: An acute lung injury model. PLoS One, 2017, Vol. 12, no. 9, e0185474. doi: 10.1371/journal.pone.0185474.
  4. Frangogiannis N. Transforming growth factor-beta in tissue fibrosis. J. Exp. Med., 2020, Vol. 217, no. 3, e20190103. doi: 10.1084/jem.20190103.
  5. Kolahian S., Fernandez I.E., Eickelberg O., Hartl D. Immune mechanisms in pulmonary fibrosis. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol., 2016, Vol. 55, no. 3, pp. 309-322.
  6. Mizgerd J.P., Skerrett S.J. Animal models of human pneumonia. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol., 2008, Vol. 294, no. 3, pp. L387-L398.
  7. Nakagome K., Dohi M., Okunishi K., Tanaka R., Miyazaki J., Yamamoto K. In vivo IL-10 gene delivery attenuates bleomycin induced pulmonary fibrosis by inhibiting the production and activation of TGF-beta in the lung. Thorax, 2006, Vol. 61, no. 10, pp. 886-894.
  8. Schmittgen T.D., Livak K.J. Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method. Nat. Protoc., 2008, Vol. 3, no. 6, pp. 1101-1108.
  9. Tsikis S.T., Fligor S.C., Hirsch T.I., Pan A., Yu L.J., Kishikawa H., Joiner M.M., Mitchell P.D., Puder M. Lipopolysaccharide-induced murine lung injury results in long-term pulmonary changes and downregulation of angiogenic pathways. Sci. Rep., 2022, Vol. 12, no. 1, 10245. doi: 10.1038/s41598-022-14618-8.
  10. Zheng M., Li H., Sun L., Brigstock D.R., Gao R. Interleukin-6 participates in human pancreatic stellate cell activation and collagen I production via TGF-beta1/Smad pathway. Cytokine, 2021, Vol. 143, 155536. doi: 10.1016/j. cyto.2021.155536.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Lung inflammatory profile in 24 h and 5 weeks after a single inhalation of LPS

Download (1MB)
3. Figure 2. 5 weeks after aerosolized LPS administration leads to increased expression of key mediators associated with fibrosis

Download (1MB)

Copyright (c) 2024 Namakanova O.A., Gubernatorova E.O., Chicherina N.R., Zvartsev R.V., Drutskaya M.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».