Etablierung eines künstlichen Feinstaubs

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 5955 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Feinstaub (PM), ein Umweltrisikofaktor, ist mit Gesundheitsrisiken wie Atemwegserkrankungen verbunden. Ziel dieser Studie war es, ein Tiermodell für PM-induzierte Lungenschäden mit künstlichem PM (APM) zu etablieren und das Potenzial von APM für die toxikologische Forschung zu identifizieren. APM wurde aus Graphit bei 600 °C erzeugt und mit Ethylen kombiniert. Wir analysierten die Zusammensetzung von Dieselabgaspartikeln (DEP) und APM und verglichen die Toxizität und die transkriptomische Profilierung in der Lunge entsprechend der Exposition. Für die Tierstudie wurde männlichen C57BL/6-Mäusen intratracheal Vehikel, DEP oder APM verabreicht. DEP oder APM erhöhten das relative Lungengewicht, die Zahl der Entzündungszellen und die Konzentration von Entzündungsproteinen im Vergleich zur Vehikelkontrolle. Histologische Untersuchungen zeigten einen Anstieg der Partikel-Pigment-Alveolarmakrophagen und eine leichte Entzündung in der Lunge von DEP- und APM-Mäusen. In der einzigen APM-Gruppe wurden bei einigen Personen granulomatöse Entzündungen, Lungenfibrose und Schleimhauthyperplasie in der Lunge beobachtet. Dies ist die erste Studie, die die Lungentoxizität zwischen DEP und APM in einem Tiermodell vergleicht. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das mit APM behandelte Tiermodell zum Verständnis der schädlichen Auswirkungen von PM in toxikologischen Studien beitragen kann, die zeigen, dass APM je nach APM-Dosierung verschiedene Lungenerkrankungen auslösen kann.

Im Jahr 2013 wurde Feinstaub (PM) von der Internationalen Agentur für Krebsforschung der Weltgesundheitsorganisation1 als Karzinogen der Gruppe 1 eingestuft. PM ist ein komplexes Gemisch aus festen und/oder flüssigen organischen und anorganischen Stoffen, die in der Luft schweben. Dazu gehören organischer Kohlenstoff (OC), elementarer Kohlenstoff (EC), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und wasserlösliche organische Ionen (Chlorid, Nitrat). , Sulfat, Natrium, Kalium und Ammonium) und Metalle in der natürlichen Atmosphäre2. PM-Fraktionen unterscheiden sich in ihren physikalischen und biologischen Eigenschaften je nach Jahreszeit, Region und Quelle3,4,5,6,7. Hohe Konzentrationen von OC, EC und PAK treten in der warmen Jahreszeit in stark frequentierten Bereichen und nachts auf8,9. Im Hinblick auf gesundheitliche Auswirkungen führt die Exposition gegenüber PM, einschließlich OC, EC und PAKs in der Umgebungsluft, zu klinischen Symptomen von Lungen-, Leber-, Nieren- und Herzerkrankungen und verschlimmert sie8,10,11,12,13,14,15. Die meisten Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf epidemiologische Studien und zeigten einen Zusammenhang zwischen Luftschadstoffen und Notaufnahmen und Krankenhauseinweisungen. Derzeit sind toxikologische Untersuchungen wie In-vivo- und In-vitro-Studien erforderlich, um mögliche toxische Wirkungen beim Menschen zu testen und über damit verbundene Mechanismen zu spekulieren. Viele Forscher haben das Standardreferenzmaterial 2975 (SRM2975, Dieselabgaspartikel, DEP) als Bestandteil von PM verwendet, um Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit PM-Exposition zu untersuchen. DEP wird von industriellen Gabelstaplern emittiert und umfasst PAKs, Nitro-PAKs, sauerstoffhaltige PAK-Derivate, heterozyklische Verbindungen, Aldehyde und aliphatische Kohlenwasserstoffe16,17. Es gibt jedoch einige Einschränkungen bei toxikologischen Studien zur PM-Exposition. Zur Prüfung der Lungentoxizität, beispielsweise der Inhalationstoxizität durch PM-Exposition, sind hohe DEP-Mengen erforderlich, insbesondere bei hohen Konzentrationen.

Dies führt zu hohen Kosten für Studien zu den langfristigen Auswirkungen der PM-Exposition. Darüber hinaus können aus verschiedenen Quellen toxikologische Studien zu PM durchgeführt werden, die sich ausschließlich auf die DEP-Toxizität konzentrieren.

In dieser Studie haben wir in einer Laborumgebung künstlichen Feinstaub (APM) synthetisiert, um ihn anstelle von Dieselabgaspartikeln (DEP) für toxikologische Studien zu verwenden. Wir analysierten das OC/EC-Verhältnis und die PAKs zwischen DEP und APM, verglichen die pathologischen Merkmale des Atmungssystems und führten in einer In-vivo-Studie eine transkriptomische Analyse der Lunge nach Exposition gegenüber APM und DEP über den intratrachealen Weg durch, um das Potenzial von APM zu bewerten zur Verwendung in atemwegstoxikologischen Studien.

Unsere vorherige Studie charakterisierte die Partikelgrößen und Morphologien von DEP und APM. DEP und APM sind im Allgemeinen kleiner als 600 nm bzw. 30 nm18,19. DEP ist kugelförmig und besteht aus unregelmäßigen Agglomeraten, und APM zeigte typische Dieselrußpartikelmorphologien18,19. In der vorliegenden Studie haben wir das OC/EC-Verhältnis und die PAKs gemessen, um DEP- und APM-Zusammensetzungen zu identifizieren und zu vergleichen. Die OC/EC-Verhältnisse von DEP und APM betrugen 1,52 bzw. 1,23 (Abb. 1A). Die Konzentrationen der sieben PAKs wurden mittels DEP und APM gemessen. Die Konzentrationen von Phenanthren, Anthracen, Fluoranthen, Pyren, Benzo[a]pyren, Indeno[1,2,3-cd]pyren und Benzo[g,h,i]perylen betrugen 6,42, 1,27, 12,01, 1,56, 0,14, 0,20 und 0,14 μg/ml in DEP bzw. 137,49, 8,00, 22,76, 9,56, 0,17, 0,50 und 0 μg/ml in APM. Die Konzentrationen von Phenanthren, Anthracen, Fluoranthen und Pyren waren im APM etwa 1,89- bis 21,43-mal höher als im DEP.

Kompositionen in DEP und APM. (A) OC/EC-Verhältnis und (B) Konzentration von PAKs in DEP und APM. Die Daten stellen den Mittelwert ± SD dar (n = 3). OC organischer Kohlenstoff, EC elementarer Kohlenstoff, PAH polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, DEP Dieselabgaspartikel, APM künstlicher Partikel.

In der VC-Gruppe kommt es zu keiner Veränderung des Körpergewichts. In den DEP- und APM-Gruppen wurde ein verringertes Körpergewicht beobachtet. Insbesondere in APM-Gruppen kommt es zu einer deutlichen Reduzierung des Körpergewichts (Abb. 2A). Das relative Lungengewicht stieg statistisch dosisabhängig in den DEP- und APM-Gruppen im Vergleich zu dem in der VC-Gruppe (Abb. 2B). Das relative Lungengewicht war in der APM-Gruppe höher als in der DEP-Gruppe. Es gab jedoch keine Unterschiede im relativen Gewicht von Thymus und Milz in den DEP- und APM-Gruppen im Vergleich zu VC-Mäusen (Abb. 2C, D).

Veränderungen in (A) Körper- und (B–D) relativen Organgewichten, (E) Zellpopulation, (F–J) den absoluten Entzündungszellen und (K–O) Produktion verschiedener Entzündungszytokine im BALF des Vehikels, DEP- und APM-instillierte Mäuse. Die Organgewichte wurden nach der folgenden Formel berechnet: relatives Organgewicht = Organgewicht (g)/terminales Körpergewicht (g) × 100 %. Die Daten stellen den Mittelwert ± SD dar (n = 4 oder 5 pro Gruppe). #p < 0,05, ##p < 0,01, ###p < 0,001 oder ####p < 0,0001 vs. VC. DEP Dieselabgaspartikel, APM künstlicher Partikel, BALF bronchoalveoläre Spülflüssigkeit, SD-Standardabweichung.

Wir ermittelten, ob DEP und APM eine Lungenentzündung verursachten, und verglichen den Anteil und die Anzahl der Entzündungszellen im BALF nach DEP- und APM-Exposition. Zunächst haben wir den Anteil der Entzündungszellen im BALF von Mäusen gemessen. In der Kontrollgruppe wurden hauptsächlich Makrophagen beobachtet, die 97,75 % der gesamten Zellen ausmachten. In den DEP- und APM-Gruppen wurde jedoch häufig ein Rückgang des Anteils der Makrophagen und ein Anstieg des Anteils der Neutrophilen beobachtet. Darüber hinaus stiegen die Anteile an Eosinophilen und Lymphozyten bei Exposition gegenüber DEP und APM leicht an. Insbesondere war der Anteil der Eosinophilen in der APM-Gruppe bei allen Dosierungen höher als in der DEP-Gruppe (Abb. 2E). Diese Ergebnisse zeigten, dass DEP und APM zelluläre Veränderungen und Entzündungsreaktionen in der Lunge hervorriefen.

Zweitens wurde die absolute Anzahl der Entzündungszellen berechnet, indem der Anteil der Entzündungszellen durch die Anzahl der Gesamtzellen dividiert wurde. Im Vergleich zur Kontrollgruppe stieg die Anzahl der Gesamtzellen und Entzündungszellen wie Makrophagen und Neutrophile, Eosinophile und Lymphozyten in BALF in den DEP- oder APM-instillierten Gruppen (Abb. 2F–J). Mit Ausnahme der Eosinophilen stieg die Anzahl der Gesamtzellen, Makrophagen, Neutrophilen und Lymphozyten im BALF der DEP-Gruppe dosisabhängig allmählich an. Obwohl keine Dosisabhängigkeit für den Anstieg der Anzahl der Gesamtzellen und verschiedener Entzündungszellen im BALF der APM-Gruppe beobachtet wurde, waren diese in der APM-Gruppe bei allen Dosierungen höher als in der DEP-Gruppe. Insbesondere stieg die Zahl der Eosinophilen nur in der APM-Gruppe signifikant an. Diese Ergebnisse zeigten, dass sich der Anteil und die Anzahl der Entzündungszellen in BALF, die durch DEP- und APM-Exposition infiltriert wurden, zwar geringfügig unterschieden, dass jedoch sowohl DEP als auch APM Entzündungsreaktionen auslösten und aufrechterhielten, indem sie gemischt entzündliche Zellen in die Lungen von Mäusen infiltrierten.

Wir untersuchten die Konzentrationen verschiedener entzündlicher Zytokine im BALF von Mäusen, denen DEP oder APM verabreicht wurde. DEP und APM induzierten einen Anstieg der Spiegel verschiedener entzündlicher Zytokine, wie Interleukin (IL)-5, IL-6, Tumornekrosefaktor (TNF)-α, Monozyten-Chemoattraktiv-Protein-1 (MCP-1) und CXC-Motiv Chemokinrezeptor 1 (CXCL1)/KC in BALF relativ zum VC (Abb. 2K – O). Obwohl es keinen statistisch signifikanten Unterschied in den Konzentrationen entzündlicher Zytokine gab, einschließlich derjenigen von IL-5, IL-6, TNF-α und MCP-1, wurde in der DEP-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe ein steigender Trend beobachtet. DEP erhöhte nur die CXCL1/KC-Spiegel im BALF signifikant. In der APM-Gruppe stiegen die entzündlichen Zytokinspiegel deutlich an. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen eines Anstiegs des Zellanteils bei DEP- und APM-Exposition war die Freisetzung entzündlicher Zytokine im BALF der APM-Gruppe stärker als in der DEP-Gruppe.

Die histologische Untersuchung mittels H&E-, MT- und PAS-Färbung wurde durchgeführt, um die histopathologischen Merkmale im Lungengewebe von DEP- und APM-instillierten Mäusen zu identifizieren und zu vergleichen. H&E-gefärbte Lungenschnitte zeigten, dass die Instillation von DEP und APM häufig dosisabhängig zu einer Anhäufung partikelbeladener Alveolarmakrophagen (schwarze Pfeile) zusammen mit einer leichten Lungenentzündung führte (rote Pfeile; Abb. 3). In der Lunge einiger Individuen von APM-instillierten Mäusen wurden durch H&E-, MT- bzw. PAS-Färbung granulomatöse Entzündungen, Lungenfibrose und Schleimzellhyperplasie (Abb. 4) beobachtet. Diese Ergebnisse wurden durch histologische Bewertung von Lungenschnitten bestätigt (Tabelle 1). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl DEP- als auch APM-induzierte Alveolarmakrophagen-vermittelte akute Lungenentzündung und APM-Exposition im Vergleich zur DEP-Exposition zu schwereren Lungenerkrankungen führen könnten.

Histologische Veränderungen im Lungengewebe bei DEP- oder APM-Exposition. Repräsentative H&E-gefärbte Schnitte der Lunge von Mäusen, denen das Vehikel, DEP oder APM verabreicht wurde. Schwarze und rote Pfeile zeigen Partikel-Pigment-Alveolarmakrophagen bzw. die Infiltration entzündlicher Zellen an. DEP-Dieselabgaspartikel, künstliche APM-Partikel, H&E-Hämatoxylin und Eosin.

Repräsentative MT- und PAS-gefärbte Lungenschnitte von Mäusen, denen Vehikel und APM verabreicht wurden. Der schwarze Pfeil zeigt eine Schleimzellhyperplasie an. MT Massons Trichrom-Färbung, PAS Periodic Acid-Schiff, APM künstliche Partikel.

Wir ermittelten DEP- oder APM-veränderte Genexpressionsprofile und identifizierten Begriffe der Genontologie (GO), um die schadensbedingten Veränderungen der Genexpression zu vergleichen, die als Reaktion auf die DEP- und APM-Behandlung hervorgerufen wurden. Die transkriptomische Profilierung zeigte unterschiedliche Genexpressionsmuster in den DEP- und APM-Instillationsgruppen und zeigte bei letzteren eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Genveränderungen als bei ersteren. Insgesamt wurden 257, 341 und 1794 differenzielle Genexpressionen (DEGs) für die DEP-Exposition identifiziert, während 849, 1176 und 1842 DEGs für die APM-Exposition bei den drei entsprechenden Dosen identifiziert wurden. Unter diesen wurden 40 bzw. 400 Gene identifiziert, die bei allen drei Dosen häufig bei DEP- bzw. APM-Exposition verändert waren. Darunter wurden 31 und 242 Gene in der DEP- bzw. APM-Gruppe ausgewählt, die dosisabhängige Expressionsänderungen zeigten. Wir haben außerdem 31 häufig veränderte Gene sowohl in DEP- als auch in APM-Expositionsgruppen identifiziert, um neue Biomarker für PM-veränderte Lungenschäden zu identifizieren. Die Top-10-Gene mit den höchsten Fold-Changes waren Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cxcl5, Slc39a2, Cd300lf, Cxcr1 und Nup62-il4i1. Die Expression von neun Genen (Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cd300lf, Ctsd, Ptgir und Tacc3) war in der APM-Gruppe höher als in der DEP-Gruppe. Die in den DEP- und APM-Gruppen statistisch modulierten Gene wurden durch biologische GO-Prozesse (BPs), Kyoto-Enzyklopädie für Gene und Genome (KEGG)-Pfade und Krankheitsanalysen klassifiziert, um die molekularen Mechanismen im Zusammenhang mit der PM-Exposition zu analysieren. Die wichtigsten BPs und KEGG-Pfade, die durch DEP und APM statistisch verändert wurden (genauer Fisher-Test-p-Wert < 0,05), sind in Tabelle 2 aufgeführt. Insgesamt wurden 17 BPs und 5 KEGG-Pfade in den DEP-Expositionsgruppen statistisch angereichert, und 99 BPs und 15 KEGG-Pfade wurden in den APM-Expositionsgruppen statistisch angereichert. Die GO-Analyse zeigte, dass APM-veränderte Gene mit mehr BPs und Signalwegen verknüpft waren als die DEP-veränderten Gene. DEP-veränderte Gene waren in erster Linie mit Entzündungsreaktionen verbunden, einschließlich der positiven Regulierung der extrazellulären signalregulierten Kinase (ERK)1- und ERK2-Kaskade, der Reaktion auf den Tumornekrosefaktor und dem Chemokin-Signalweg (Tabelle 2). APM-veränderte Gene standen im Zusammenhang mit Entzündungsreaktionen, phagozytischen Prozessen und profibrotischen Prozessen, da sie an der Regulierung verschiedener Signalwege beteiligt waren, einschließlich der positiven Regulierung der ERK1- und ERK2-Kaskade und der positiven Regulierung von NF-kappaB (NF-κB). Aktivität des Transkriptionsfaktors, positive Regulierung der Proteinkinase-B-Signalübertragung, positive Regulierung der Kaskade der mitogenaktivierten Proteinkinase (MAPK), zelluläre Reaktion auf Tumornekrosefaktor, positive Regulierung der Phagozytose, positive Regulierung der Proliferation glatter Muskelzellen, zelluläre Reaktion auf das Wachstum von Fibroblasten Faktorstimulus und Toll-like-Rezeptor-Signalweg (Tabelle 2).

Schließlich wurden PM-veränderte Gene mithilfe der Comparative Toxicogenomics Database (CTD) weiter analysiert, um die Auswirkungen veränderter Gene auf Lungenerkrankungen und andere Störungen aufzuklären. Sowohl 31 als auch 242 Gene, die dosisabhängige Expressionsänderungen in der DEP- bzw. APM-Expositionsgruppe zeigten, waren mit verschiedenen Atemwegserkrankungen verbunden, wobei eine größere Anzahl von Atemwegserkrankungen mit APM-veränderten Genen verbunden waren. DEP-veränderte 31 Gene standen im Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen, Atemwegsüberempfindlichkeit und Bronchialerkrankungen, und APM-veränderte 242 Gene standen im Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen, Lungenerkrankungen, Lungenentzündung, Atemwegsinfektionen, Lungenneoplasien und Atemwegsneoplasien (Tabelle 3). Wie in den Tabellen 2 und 3 gezeigt, waren die Zahlen in CTD und annotierten Genen in der APM-Gruppe höher als in der DEP-Gruppe. In der transkriptomischen Analyse zeigten unsere Ergebnisse, dass die APM-Exposition die Expression von mehr DEGs als die DEP-Exposition in der Lunge von Mäusen induzierte und eine höhere Expression von APM zu einer höheren Schwere von Lungenerkrankungen führte, da sie an verschiedenen BPs beteiligt war als die DEP-Exposition.

PM, ein komplexes Gemisch aus festen und/oder flüssigen organischen und anorganischen Stoffen, gilt als Umweltrisikofaktor. Immer mehr Beweise deuten darauf hin, dass Feinstaub mit Atemwegserkrankungen wie COPD, Asthma, Fibrose und sogar Krebs in Zusammenhang steht. Um die gesundheitlichen Risiken einer PM-Exposition in der Lunge zu untersuchen, verwenden viele Forscher derzeit DEP, da es aufgrund der Vielfalt von PM nach Jahreszeit, Region und Quelle schwierig ist, reproduzierbare wissenschaftliche Ergebnisse zu erhalten. Darüber hinaus dauert es auch lange, natürlichen Feinstaub zu sammeln, um seine Toxizität in Tier- und Zellstudien zu untersuchen. Aufgrund der hohen Kosten, die mit DEP verbunden sind, sind die toxikologischen Informationen, einschließlich der Inhalationstoxizität bei hohen Konzentrationen über einen längeren Zeitraum, möglicherweise begrenzt. Außerdem kann unter Ausschluss verschiedener anderer Faktoren nur die Toxizität von DEP untersucht werden. Um diese mit DEP verbundenen Einschränkungen zu überwinden, haben wir daher APM generiert, seine Komponenten analysiert und die Auswirkungen auf die Atemwege bei DEP- und APM-instillierten Mäusen verglichen, um seine Anwendbarkeit für die toxikologische Forschung zu bestätigen. Darüber hinaus führten wir eine transkriptomische Analyse durch, um die pathologischen Veränderungen zu erklären, die durch DEP- und APM-Exposition bei Mäusen verursacht werden.

Als Hauptbestandteil von PM2,5 haben wir DEP ausgewählt, das in toxikologischen Studien häufig verwendet wird. In einer früheren Studie haben wir die Partikelgröße und Morphologie zwischen DEP und APM verglichen. APM ist kleiner als DEP-Größe18,19. DEP und APM sind kugelförmig und bestehen aus unregelmäßigen Agglomeraten bzw. typischen Morphologien von Dieselrußpartikeln18,19.

Zunächst analysierten wir in dieser Studie die PAKs und OC/EC-Verhältnisse in APM und DEP. PAKs und OC/EC-Verhältnisse sind mit der Auslösung und Verschlimmerung von Lungenerkrankungen verbunden8,9,10,11,12,13,14,15. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die PAK-Werte bei APM höher waren als bei DEP und das OC/EC-Verhältnis zwischen DEP und APM ähnlich war (Abb. 1). PAK, die aus anthropogenen Quellen in die Luft gelangen, werden im IARC entweder als krebserregend oder als wahrscheinlich krebserregend für den Menschen eingestuft. In der Umgebung befindliche PAKs werden mit der Entstehung von Lungenkrebs20,21,22,23,24 und nicht krebserzeugenden Wirkungen wie verminderter Lungenfunktion, verschlimmertem Asthma und erhöhter Morbidität und Mortalität obstruktiver Lungenerkrankungen25,26,27 in Verbindung gebracht. Wir stellten die Hypothese auf, dass APM aufgrund der Partikelgröße und des PAK-Verhältnisses schwerwiegendere Lungenerkrankungen als DEP verursachen könnte. In dieser Studie führten wir eine Tierstudie durch, um die Auswirkungen von DEP auf die Atemwege zu identifizieren und zu vergleichen, indem wir das Körpergewicht während des Versuchszeitraums, Organgewichte, zelluläre Veränderungen, Spiegel an entzündlichen Zytokinen in BALF und histologische Veränderungen in der Lunge von DEP maßen APM-instillierte Mäuse. Wir haben zuvor gezeigt, dass DEP in einer Gruppe, der 100 μg/Maus (5 mg/kg) DEP verabreicht wurden, eine neutrophile dominante Lungenentzündung induzierte28,29,30. Auf dieser Grundlage wurde die höchste Dosis von DEP und APM mit 5 mg/kg ausgewählt. In dieser Studie wurden die Mäuse intratracheal DEP und APM ausgesetzt. In der DEP- oder APM-instillierten Gruppe wurde im Vergleich zu der VC-Gruppe ein signifikant erhöhtes relatives Lungengewicht beobachtet (Abb. 2). Ein erhöhtes Lungengewicht weist auf eine erhöhte Gefäßpermeabilität und eine Infiltration entzündlicher Zellen in verletzte Lungenstellen hin31. Obwohl Eosinophile in dieser Studie statistisch in den BALF der einzigen APM-Gruppe infiltriert waren, stieg der Anteil verschiedener Entzündungszellen wie Makrophagen, Neutrophilen und Lymphozyten im BALF sowohl der DEP- als auch der APM-instillierten Mäuse signifikant an (Abb. 2). . Diese Ergebnisse könnten mit dem erhöhten Lungengewicht von DEP- oder APM-instillierten Mäusen zusammenhängen. Wir haben auch verschiedene Entzündungsproteine ​​im BALF von Mäusen untersucht, denen DEP und APM verabreicht wurden. ELISA zeigte, dass die inflammatorischen Zytokinspiegel wie IL-6, TNF-α, MCP-1 und CXCL1/KC in BALF sowohl in DEP- als auch in APM-instillierten Mäusen im BALF erhöht waren. Diese Proteingehalte waren im BALF von APM-exponierten Mäusen besonders höher als im DEP-exponierten Mäusen (Abb. 2). Der Proteinspiegel von IL-5 wurde in den BALF- und DEP-Gruppen ohne statistisch signifikante Veränderung allmählich erhöht, während dieser Spiegel nur in der APM-Gruppe signifikant erhöht war. MCP-1 ist ein wichtiges Chemokin, das eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Migration und Rekrutierung von Monozyten/Makrophagen spielt32. IL-6 und TNF-α werden aus PM-pigmentierten Alveolarmakrophagen freigesetzt und sind an Entzündungsreaktionen beteiligt33. MCP-1, IL-6 und TNF-α sind wichtige Chemokine oder Zytokine, die an Lungenerkrankungen, einschließlich Asthma und COPD, beteiligt sind. Das Chemokin CXCL1/KC spielt eine entscheidende Rolle bei akuten Entzündungen, da es der wichtigste Chemoattraktant ist, der für die Rekrutierung von Neutrophilen verantwortlich ist. IL-5, das aus CD4+ Th2-Zellen, Mastzellen, Eosinophilen und Basophilen produziert wird, ist der stärkste Modulator der Eosinophilen-Akkumulation bei allergischen Reaktionen wie Asthma34. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen wurde bei histologischen Untersuchungen häufig eine gemischt-entzündliche Zellinfiltration in den perivaskulären Regionen in den Lungen der DEP- und APM-Gruppen beobachtet (Abb. 3, Tabelle 1). Allerdings wurden bei einigen Mäusen der einzigen APM-Gruppen granulomatöse Entzündungen, Lungenfibrose und Schleimhauthyperplasie beobachtet (Abb. 4, Tabelle 1). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl DEP als auch APM eine Lungenentzündung hervorrufen, die mit der Infiltration gemischter Entzündungszellen einhergeht, was je nach Schwere der Entzündungszellinfiltration und Zytokinspiegel zu schwereren Lungenschäden führen kann als DEP.

Als nächstes identifizierten wir die Genexpressionsmuster in DEP- und APM-exponierten Lungen, um verletzungsbedingte Veränderungen der Genexpression und damit verbundene Mechanismen zu verstehen, und konzentrierten uns auf die Genexpression und GO-Analyse, um die häufigen pathologischen Veränderungen und unterschiedlichen Schweregrade von Lungenverletzungen bei DEP aufzuklären - oder APM-instillierte Mäuse. Wir fanden heraus, dass die durch die APM-Exposition verursachten transkriptomischen Veränderungen viel empfindlicher waren als die durch die DEP-Exposition verursachten und die Expression von 242 bzw. 31 Genen in dosisabhängiger Weise induzierten. Darüber hinaus identifizierten wir 31 gemeinsame Gene, die durch DEP- und APM-Exposition annotiert wurden, um pathologische Veränderungen zu behandeln, die häufig durch DEP- oder APM-Exposition in einem In-vivo-Modell beobachtet werden. Die Top-10-Gene mit den höchsten Faltungsänderungen unter den 31 gemeinsamen Genen in den DEP- und APM-Gruppen waren Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cxcl5, Slc39a2, Cd300lf, Cxcr1 und Nup62-il4i1. Unter ihnen waren neun Gene (Gpnmb, Trem2, Clec4d, Slc26a4, Ear6, Cd300lf, Ctsd, Ptgir und Tacc3) in der APM-Gruppe im Vergleich zur DEP-Gruppe dosisabhängig hochreguliert. Die neun wichtigsten Gene spielen eine wichtige Rolle bei Lungenentzündung, Asthma, COPD, Lungenfibrose und Lungenkrebs35,36,37,38,39,40,41,42,43. In dieser Studie beobachteten wir durch histologische Untersuchung eine häufige Lungenentzündung in den DEP- und APM-Gruppen, und der Schweregrad war in der APM-Gruppe im Vergleich zur DEP-Gruppe höher. Pathologische Merkmale, einschließlich granulomatöser Entzündung, Lungenfibrose und Schleimzellhyperplasie, wurden nur in den Lungen der APM-Gruppe beobachtet. Daher deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die veränderten Genexpressionsniveaus die Schwere der DEP- und APM-induzierten Lungenschädigung beeinflussen könnten.

Die wichtigsten BPs und KEGG-Signalwege, die durch die DEP- und APM-Exposition erheblich beeinflusst werden, sind in Tabelle 2 dargestellt. DEP- und APM-veränderte Gene sind häufig mit Immun- und Entzündungsreaktionen verbunden, einschließlich Oxidations-Reduktionsprozessen, Angiogenese und positiver Regulierung der ERK1- und ERK2-Kaskade , Chemotaxis und zelluläre Reaktion auf Tumornekrosefaktor. Diese Veränderungen in der Genexpression stimmen mit den Ergebnissen der zellulären Veränderungen und der Zytokinanalyse in BALF überein und zeigen einen Anstieg von Makrophagen, Neutrophilen, Eosinophilen, Lymphozyten und verschiedenen Zytokinspiegeln, einschließlich IL-5, IL-6, TNF-α, MCP-1 und CXCL1 (Abb. 2). Die Gene wurden mithilfe des CTD weiter analysiert, um Gen-Krankheits-Beziehungen aufzuklären, die durch die DEP- und APM-Instillation innerhalb der Kategorie der Atemwegserkrankungen verändert wurden. In dosisabhängiger Weise waren 31 gemeinsame Gene in den DEP-Gruppen an verschiedenen Atemwegserkrankungen beteiligt (d. h. Atemwegserkrankungen, Atemwegsüberempfindlichkeit und Bronchialerkrankungen; Tabelle 3), und 242 gemeinsame Gene in den APM-Gruppen im Zusammenhang mit verschiedenen Atemwegserkrankungen (z. B. Atemwegserkrankungen, Lungenerkrankungen, Lungenentzündung, Atemwegsinfektionen, Lungenneoplasien und Atemwegsneoplasien; Tabelle 3). Ähnlich den pathologischen Merkmalen, die bei Mäusen beobachtet wurden, denen DEP oder APM verabreicht wurde, waren die veränderten Gene, die in der APM-Gruppe beobachtet wurden, im Vergleich zu DEP an mehr BPs und Krankheiten beteiligt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die APM-Exposition empfindlicher auf Veränderungen der Genexpression im Zusammenhang mit Lungenverletzungen reagiert als die DEP-Exposition.

Darüber hinaus analysierten und verglichen wir die wichtigsten Blutdruckwerte zwischen DEP- und APM-Exposition, wobei wir uns auf Asthma konzentrierten, da asthmatische Merkmale, einschließlich Eosinophileninfiltration und erhöhter IL-5-Produktion, im BALF der APM-Gruppe deutlich verstärkt waren. Außerdem wurde in der Lunge der APM-Gruppe eine Schleimhauthyperplasie beobachtet, nicht jedoch in der DEP-Gruppe. Asthma entsteht aufgrund genetischer und umweltbedingter Faktoren wie Rauchen, verschiedener Allergene und Schadstoffe44 und ist eine chronische Lungenerkrankung, die durch Infiltration von Eosinophilen, erhöhte Produktion von Th2-Zytokinen, erhöhte Produktion von Immunglobulin E (IgE) aus B-Zellen, vergrößerte Blutgefäße, erhöhte Masse der glatten Atemwegsmuskulatur und übermäßige Schleimproduktion in den Atemwegen45,46 über mehrere Wege, einschließlich MAPK und NF-κB46,47. Bei der transkriptomischen Profilierung werden durch Vergleich der wichtigsten BPs zwischen DEP- und APM-Gruppen repräsentative Asthmaindikatoren ermittelt, darunter Entzündungsreaktionen, Chemotaxis, positive Regulierung der Proliferation glatter Muskelzellen, positive Regulierung des Stickoxid-Biosyntheseprozesses, positive Regulierung der Endothelzelldifferenzierung, Reaktion auf Interferon-γ, T-Zell-Differenzierung, die an Immunantworten durch positive Regulierung der ERK1- und ERK2-Kaskade, positive Regulierung der Proteinkinase-B-Signalisierung und positive Regulierung der MAPK-Kaskade beteiligt ist, wurde nur in den APM-Gruppen identifiziert. Diese Ergebnisse zeigten, dass eine APM-Exposition asthmatische Merkmale in der transkriptomischen Analyse und pathologischen Ergebnissen aus In-vivo-Studien hervorrufen könnte.

Schließlich haben wir in unserer Studie APM von etwa 30 nm erzeugt, was zu den feinen Partikeln mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm gehört. Sie haben einen großen Anteil an der Atmosphäre. Im Frühsommer 2018 machten Feinpartikel im chinesischen Tiangin durchschnittlich 33 % der Feinstaubpartikel in der Luft aus48. Die Europäische Union hat herausgefunden, dass 70–80 % der Partikel in der Atmosphäre einen kleinen Durchmesser von weniger als 100 nm haben49. Wenn kleine PM in die Lunge gelangten, lagerten sie sich vom Rachen bis in die Alveolen ab, da die Atemwege von der Größe abhängig sind50. Eine geringere Größe birgt ein Risiko für die Atemwege, das Herz-Kreislauf-System und alle Organe, da sie leicht durch Kapillaren gelangen können50. Wir haben diese feinen Partikel in Lunge, Herz, Nieren und Milz aufgrund der geringen Größe von APM nach der APM-Instillation in die Lunge (nicht gezeigt) in einer anderen Studie bestätigt. Daher könnte unser APM geeignet und nützlich sein, um nachteilige Auswirkungen feiner Partikel zu untersuchen, einschließlich der Entstehung, Entwicklung und Verschlimmerung von Krankheiten, einschließlich der Lunge und anderer Organe sowie verwandter Mechanismen.

Die aktuelle Studie weist einige Einschränkungen auf. Zunächst ist es notwendig, die Zusammensetzung von APM zu analysieren und mit der Zusammensetzung von PM in der Luft zu vergleichen, um ein Tiermodell zu erstellen, das verschiedene Komponenten von PM widerspiegelt, und es für toxikologische Studien zu verwenden. Zweitens wurden in dieser Studie DEP und APM auf intratrachealem Weg behandelt. Diese Methode stellt eine Alternative zur Inhalation dar und kann zu einer anderen Verteilung in der Lunge führen. Daher sind weitere Studien zur Inhalation erforderlich, um die PM-Toxizität zu testen und ihren Wirkungsmechanismus bei durch PM inhalierten Lungenverletzungen oder anderen Erkrankungen unter Verwendung von APM aufzuzeigen.

Trotz dieser Einschränkungen haben aktuelle Beobachtungen gezeigt, dass das APM-exponierte Tiermodell dabei helfen könnte, die gesundheitsschädlichen Auswirkungen von PM auf die Lunge zu untersuchen, indem gezeigt wird, dass APM durch die Regulierung der Dosierung verschiedene Lungenerkrankungen auslösen kann.

Diese Studie etablierte ein Tiermodell für PM-induzierte Lungenerkrankungen unter Verwendung von im Labor erzeugtem APM. Unsere Ergebnisse zeigten, dass sowohl DEP als auch APM entzündliche Lungenschäden verursachten. Allerdings war der Schweregrad in der APM-Gruppe höher als in der DEP-Gruppe. In der Lunge DEP-exponierter Mäuse wurde nur eine leichte Lungenentzündung beobachtet. Interessanterweise löste APM je nach APM-Dosierung bei Mäusen verschiedene Lungenerkrankungen aus, darunter leichte Lungenentzündungen, granulomatöse Entzündungen, Lungenfibrose und Asthma. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen zeigte die transkriptomische Genprofilierung, dass APM-veränderte Gene an mehr verletzungsbedingten BPs, Signalwegen und Krankheiten beteiligt waren als DEP. Daher schlagen wir vor, dass ein APM-instilliertes Tiermodell das Potenzial hat, den molekularbiologischen Mechanismus von PM-induzierten Lungenerkrankungen anhand verschiedener Konzentrationsänderungen zu untersuchen und so zur Entwicklung präventiver und therapeutischer Strategien gegen PM-bedingte Lungenerkrankungen beizutragen.

Sieben Wochen alte männliche C57BL/6-Mäuse (Orient Bio, Seongnam, Korea) mit einem Gewicht von 20,31 ± 0,67 g wurden bei kontrollierter Temperatur (22 ± 3 °C) und Luftfeuchtigkeit (50 ± 20 %) bei 12 Stunden Licht/12 Stunden gehalten Dunkelzyklus (150–300 Lux) und freier Zugang zu Lebensmitteln und Leitungswasser. Einzelhausmäuse akklimatisierten sich 3 Tage lang und zeigten keine nachteiligen klinischen Anzeichen oder eine normale Gewichtszunahme. Alle Tierstudien wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) des Korea Institute of Toxicology (Nr. 2105-0030 und Nr. 2108-0032) genehmigt und gemäß den ARRIVE-Richtlinien51 durchgeführt.

Die Mäuse wurden gewichtsangepasst und zufällig in sieben Gruppen aufgeteilt (n = 4 für die Vehikelkontrolle oder n = 5 für andere Gruppen), wobei das Softwareprogramm Pristima v.7.3 für präklinische Studien (Xybion Medical Systems Corporation, Morris Plains, NJ, USA) verwendet wurde. Die sieben Gruppen wurden durch spezifische Expositionsregime wie folgt definiert: Vehikelkontrolle (VC) für destilliertes Wasser (DW) als DEP- und APM-Kontrolle; DEP (SRM 2975; National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA) für jede der drei Dosen (1,25, 2,5 und 5 mg/kg) und APM für die drei Dosen (1,25, 2,5 und 5 mg). /kg). 24 Stunden nach der letzten Instillation in das Vehikel, DEP oder APM, wurden Messungen des Organgewichts, eine Analyse zellulärer Veränderungen und Zytokinspiegel in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF) sowie eine histologische Untersuchung zusammen mit einer transkriptomischen Analyse des Lungengewebes durchgeführt.

In unserer vorherigen Studie wurde APM auf Rußbasis aus Graphit in verschiedenen Temperaturbereichen wie Raumtemperatur, 200 °C, 400 °C, 600 °C und 800 °C18 hergestellt. In dieser Studie wurde APM aus Graphit bei 600 °C erzeugt und mit Ethylen kombiniert, um den PAK-Gehalt zu erhöhen. Kurz gesagt wurde der Aerosolgenerator DNP digital 3000 (Palas GmbH, Deutschland) zur Erzeugung von künstlichem PM (APM) verwendet. Unter Hochspannung wurde bei 600 °C ein Sprungfunke zwischen zwei Graphitelektroden erzeugt. Nachdem der Generator zwischen den beiden Graphitelektroden auf einer Hochspannung von 2500 V und 700 Hz gehalten wurde, wurden gemischte Gase mit reinem Argon (99,999 %; 7 LPM) und Luft (99,999 %; 10 LPM) in Kombination mit Ethylen zugeführt. Die Proben des APM wurden mit Teflon gefiltert, mit einer Porengröße von 2 µm und einem Durchmesser von 47 mm (R2PJ047, PALL Corporation; USA)18,19.

Zur Gerätekalibrierung wurden Saccharoselösungen unterschiedlicher Konzentration verwendet (N = 5, R2 = 1,00). Bei der APM-Probenahme wurden Quarzfaserfilter (QMA-Filter 25 mm, Whatman Inc., USA) ohne organische Chemikalien verwendet. Die kohlenstoffhaltigen Komponenten in APM und DEP wurden mit einem OC-EC Aerosol Analyzer Modell 5 (Sunset Laboratory, Beaverton, Oregon, USA)19 analysiert.

Unter den von der US-Umweltschutzbehörde aufgelisteten vorrangigen Schadstoffen wurden in dieser Studie sieben PAK als Ziele ausgewählt, darunter Phenanthren, Anthracen, Fluoranthen, Pyren, Benzo[a]pyren und Indeno[1,2,3-c,d]. Pyren und Benzo[g,h,i]perylen. Die zur Kalibrierung und Qualitätssicherung verwendeten PAK-Standards wurden durch Verdünnen der EPA 610 PAH-Mischung (Supelco, St. Louis, MO, USA) mit Methanol52 hergestellt.

Partikuläre PAKs und n-Alkane wurden durch Ultraschallbehandlung mit einem Dichlormethan-Lösungsmittel zweimal für 30 Minuten extrahiert. Die Extrakte wurden unter Verwendung von Spritzenfiltern mit einer Porengröße von 0,2 μm gereinigt. Die PAK-Proben in dieser Studie wurden mit einem QP-2010 Ultra GC-Gerät (Shimadzu, Japan) analysiert, das mit einem QP2010 Ultra MS-Gerät (Shimadzu, Japan) mit einer DB-5MS-Kapillarsäule verbunden war52. Detaillierte Informationen finden Sie in Tabelle 4.

DEP und APM wurden in einer Konzentration von 2 mg/ml unter Verwendung einer Ultraschallsonde (VC 505, Vibra-Cell™ Ultraschall-Flüssigkeitsprozessoren, Sonics & Materials, Inc., USA) 30 Minuten lang dispergiert.

Der Atemtrakt ist der erste Expositionsweg gegenüber PM, und die intratracheale Verabreichung wurde verwendet, um ein PM-exponiertes Tiermodell für atemwegstoxikologische Studien zu etablieren. An den Tagen 1, 5, 8, 12 und 15 wurde den Mäusen DEP oder APM (1,25, 2,5 und 5 mg/kg), dispergiert in 50 μl DW, intratracheal verabreicht. Für die intratracheale Verabreichung wurden Mäuse mittels Inhalationsanästhesie betäubt. Vor der Verabreichung wurde Isofluran mithilfe tragbarer Anästhesiesysteme für Kleintiere (L-PAS-02, LMSKOREA, Inc, Seongnam, Korea), die mit einem Isofluran-Verdampfer ausgestattet waren, in die Tierkammer abgegeben. Anschließend wurden die Mäuse 2,5 % Isofluran in O2 (2 l/min) in der Tierkammer ausgesetzt, bis ein schlafähnlicher Zustand erreicht war. Mäuse, denen eine Isofluran-Anästhesie verabreicht wurde, wurden aus der Tierkammer herausgenommen, die Mäuse wurden an Bord gelegt und die Verabreichung erfolgte sofort mithilfe eines automatischen Videoinstillators. Nach der Verabreichung zogen die Mäuse um, erholten sich vollständig und wurden in ihren Käfig überführt.

Am 16. Tag wurden die Lunge, die Milz und die Thymusdrüse der getöteten Mäuse gewogen.

24 Stunden nach der letzten DEP- und APM-Instillation wurde die linke Lunge abgebunden und die rechte Lunge dreimal langsam unter Verwendung des Trachealtubus mit 0,7 ml phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gespült. Die Anzahl der Gesamtzellen im BALF wurde mit einem NC-250-Zähler (ChemoMetec, Gydevang, Dänemark) gemessen. Um Differenzialzellen zu analysieren, wurden Zellabstriche mit Cytospin-Geräten (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) durchgeführt und mit Diff-Quik-Lösung (Dade Diagnostics, Aguada, Puerto, USA) beladen. Nach dem Waschen wurden die Objektträger montiert. Pro Objektträger wurden insgesamt 200 Zellen gezählt. Um die Zytokinspiegel zu messen, wurde das BALF außerdem 5 Minuten lang bei 2000 U/min zentrifugiert und die Überstände gesammelt.

24 Stunden nach der letzten DEP- und APM-Instillation wurden entnommene Lungengewebe in 10 % (v/v) neutral gepuffertem Formalin fixiert. Zur Objektträgervorbereitung wurde Lungengewebe dehydriert, in Paraffin eingebettet und in 4 μm-Schnitte geschnitten. Vor dem Färben wurden die Schnitte mit Xylol entparaffiniert. Diese wurden mit Hämatoxylin- und Eosin-Lösungen (H&E; Sigma-Aldrich), Periodsäure-Schiff-Lösungen (PAS; Sigma-Aldrich) und Massons Trichrom-Lösungen (MT; Sigma-Aldrich) gefärbt. Die gefärbten Schnitte wurden unter einem Lichtmikroskop (Axio Imager M1; Carl Zeiss, Oberkochen, Deutschland) analysiert. Der Verletzungsgrad wurde mit 53,54 bewertet.

Die Gesamt-RNA wurde mit dem TRIzol-Reagenz (Invitrogen) extrahiert. Die Qualität und Quantität der RNA wurde auf einem Agilent 2100 Bioanalysator mit dem RNA 6000 Nano Chip (Agilent Technologies, Amstelveen, Niederlande) bzw. einem ND-2000 Spektrophotometer (Thermo Inc., DE, USA) gemessen. Für die Analyse wurden RNA-Proben mit einem A260/A280-Verhältnis > 1,8 und einem RNA-Integritätszahlwert (RIN) > 7 verwendet.

Zunächst wurde die Bibliothek unter Verwendung des QuantSeq 3′ mRNA-Seq Library Prep Kit (Lexogen, Inc., Österreich) gemäß den Anweisungen des Herstellers erstellt, um die Kontroll- und Testproben zu analysieren. Ein Oligo-dT-Primer, der an seinem 5′-Ende eine Illumina-kompatible Sequenz enthielt, wurde mit den 500 ng Gesamt-RNA hybridisiert und revers transkribiert. Als die RNA-Matrize abgebaut wurde, wurde die Zweitstrangsynthese durch einen Zufallsprimer initiiert, der an seinem 5′-Ende eine Illumina-kompatible Linkersequenz enthielt. Nach der Reinigung der doppelsträngigen Bibliothek durch Magnetkügelchen wurde die Bibliothek amplifiziert, um vollständige Adaptersequenzen hinzuzufügen, die für die Clustergenerierung erforderlich sind. Die Hochdurchsatzsequenzierung wurde als Single-End-75-Sequenzierung auf der NextSeq 500-Plattform (Illumina, Inc., USA) durchgeführt, wobei die endgültige Bibliothek durch die PCR-Komponenten gereinigt wurde.

Bei QuantSeq 3′-mRNA-Seq-Lesevorgängen, die durch Bowtie2 ausgerichtet wurden, wurden Bowtie2-Indizes entweder aus der Genomassemblierungssequenz oder den repräsentativen Transkriptsequenzen für die Ausrichtung auf das Genom und Transkriptom generiert. Die Alignment-Dateien wurden zum Zusammenstellen von Transkripten, zum Schätzen ihrer Häufigkeit und zum Erkennen der DEGs verwendet. DEGs und die RC-Daten (Read Count) wurden basierend auf Zählungen von eindeutigen und mehrfachen Alignments durch Abdeckung in Bedtools55 bzw. auf der Quantilnormalisierungsmethode durch EdgeR in R unter Verwendung von Bioconductor56 verarbeitet. Zur Genklassifizierung wurden Datenbanken für Annotation, Visualisierung und integrierte Entdeckung (DAVID; http://david.abcc.ncifcrf.gov/) und Medline-Datenbanken (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) verwendet.

Um die durch DEP und APM veränderten Gene in Tiergruppen mit ähnlichen Lungentoxizitätsmustern zu klassifizieren und zu vergleichen, wurde jedes Gen anhand seiner zellulären Hauptfunktion geeigneten Kategorien zugeordnet. Um eine transkriptomische Analyse durchzuführen, wurden DEGs unter einer Kombination aus Fold-Change ≥ 1,5 und p-Wert < 0,05 definiert. Mithilfe der DAVID- und Pathway-Analyse wurden deutlich überrepräsentierte GO-Begriffe ermittelt bzw. die signifikanten Pathways für DEGs aus der KEGG-Datenbank (http://www.genome.jp/kegg/) ermittelt. Die Identifizierung einer erheblichen Anreicherung des Signalwegs und die p-Werte wurden mithilfe des exakten Fisher-Tests bzw. des BH-Algorithmus für die falsche Entdeckungsrate (FDR) angepasst. Pathway-Kategorien wurden mit FDR < 0,05 gemeldet. Darüber hinaus wurde das CTD (http://ctdbase.org) verwendet, um Krankheits-Gen-Interaktionen durch DEP- und APM-Exposition bei Mäusen zu analysieren. In dieser Studie wurden Gene identifiziert und analysiert, die sich bei Exposition gegenüber DEP oder APM dosisabhängig veränderten.

Die Daten wurden als Mittelwert ± (SD) ausgedrückt. Statistische Analysen wurden mit der GraphPad Prism 8-Software (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA) durchgeführt. Die Daten wurden mithilfe des Brown-Fosythe-Tests oder des Bartlett-Tests auf Varianz in der Homogenität untersucht. Homogene Daten wurden mithilfe der Varianzanalyse analysiert, und statistische Vergleiche wurden mithilfe der Einweg-Varianzanalyse durchgeführt, gefolgt von Dunnetts Mehrfachvergleichstest. Ein p-Wert < 0,05 zeigte statistische Signifikanz an.

Die Tierversuche wurden gemäß den vom IACUC des Korea Institute of Toxicology (Nr. 2105-0030 und Nr. 2108-0032) genehmigten Protokollen und in Übereinstimmung mit allen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Daten zur Untermauerung der Ergebnisse dieser Studie sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Biologische Prozesse

Vergleichende Toxikogenomik-Datenbank

Differenzielle Expression von Genen

Dieselabgaspartikel

Destilliertes Wasser

Elementarer Kohlenstoff

Extrazelluläre signalregulierte Kinase

Falscherkennungsrate

Gen-Ontologie

Hämatoxylin und Eosin

Institutioneller Ausschuss für Tierpflege und -nutzung

Kyoto-Enzyklopädie für Gene und Genome

Mitogen-aktivierte Proteinkinase

Massons Trichrom

NF-kappaB

Organischer Kohlenstoff

Polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff

Phosphatgepufferte Kochsalzlösung

Feinstaub

Leseanzahl

RNA-Integritätsnummer

Standardabweichung

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Diese Arbeit wurde vom Korea Institute of Toxicology (Grant No. KK-2203), dem KIST Institutional Program (Atmospheric Environment Research Program, Grant Nos. SK-2204; 2E31700-22-P008) und der Bio & Medical Technology Deveolopment unterstützt Programm der National Research Foundation (NRF), finanziert von der koreanischen Regierung (MSIT) (Nr. 2022M3A9E4082651).

Jeonbuk Department of Inhalation Research, Inhalation Toxicology Center for Airborne Risk Factor, Korea Institute of Toxicology, 30 Baekhak1-Gil, Jeongeup, Jeollabuk-Do, 56212, Republik Korea

Dong Im Kim, Mi-Kyung Song, Ji Eun Yuk, Hyeon Jin Seo und Kyuhong Lee

Abteilung für Human- und Umwelttoxikologie, Universität für Wissenschaft und Technologie, Daejeon, 34113, Republik Korea

Mi-Kyung Song & Kyuhong Lee

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Das DIK entwarf die Studie, führte die Mausmodellexperimente durch, führte molekulare Arbeiten einschließlich der Zellzahlen sowie der Protein- und IgE-Werte durch, interpretierte die Daten und verfasste das Manuskript. M.-KS analysierte das transkriptomische Profiling und redigierte das Manuskript. JEY führte die Mausmodellexperimente durch. HJS analysierte das OC/EC-Verhältnis und den PAK-Gehalt. KL interpretierte die Daten, redigierte das Manuskript und überwachte diese Studie. Alle Autoren haben zur Bearbeitung des Manuskripts beigetragen. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und überprüft.

Korrespondenz mit Kyuhong Lee.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Kim, DI, Song, MK., Yuk, JE et al. Etablierung eines künstlichen Feinstaub-induzierten Lungenerkrankungsmodells durch Analyse pathologischer Veränderungen und transkriptomischer Profile bei Mäusen. Sci Rep 13, 5955 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29919-9

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Eingegangen: 3. November 2022

Angenommen: 13. Februar 2023

Veröffentlicht: 12. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29919-9

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