Mouse models of systemic sclerosis-interstitial lung disease: hypochlorous acid (HOCl)-induced or bleomycin delivered by osmotic minipump?

Morozan, Arina; Morozan, Arina

Thesis

Mouse models of systemic sclerosis-interstitial lung disease: hypochlorous acid (HOCl)-induced or bleomycin delivered by osmotic minipump?

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Morozan, Arina

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Abstract

French

Contexte : La sclérose systémique (ScS ; sclérodermie) est une maladie auto-immune caractérisée par une synthèse excessive de collagène par les fibroblastes, des anomalies vasculaires et une activation du système immunitaire, aboutissant à une fibrose de la peau et des organes internes. La pneumopathie interstitielle (PI ; fibrose pulmonaire) est une complication fréquente de la ScS et l'une de ses principales causes de décès. Les traitements actuels sont d'une efficacité limitée. Pour tester de nouveaux anti-fibrosants, il est nécessaire de disposer de modèles animaux fiables qui ressemblent étroitement à la ScS-ILD humaine. Deux modèles de souris sont privilégiés dans la littérature: l'administration intradermique répétée d'acide hypochloreux [(HOCl)-ScS] et l'administration sous-cutanée de bléomycine par minipompe osmotique [(BLM-MP)]. Ces deux modèles induiraient une fibrose de la peau et des poumons. Le modèle HOCl présente des auto-anticorps anti-topoisomérase 1 (anti-Scl-70) et des taux élevés de produits protéiques d'oxydation avancée (AOPP) dans le sérum. Nous avons effectué une caractérisation approfondie axée sur l'atteinte pulmonaire en comparant ces modèles. Méthodes : Modèle HOCl: Des souris BALB/c femelles âgées de 6 semaines ont été traitées par des injections intradermiques quotidiennes de HOCl pendant 6 semaines. Fin de l'expérience: 42 jours (J). Modèle BLM-MP: Des souris C57BL/6 mâles âgées de 10 semaines ont été implantées par voie sous-cutanée avec des minipompes osmotiques contenant du BLM (60mg/kg) ou une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) délivrée en continu pendant 7 jours. Fin de l'expérience: 4 semainesExpérimentations: 1) poids corporel; 2) pli cutané (caliper) et épaisseur dermique (histologie); 3) histologie et conformité pulmonaire (flexiVent™); 4) expression de l'ARNm des marqueurs profibrotiques dans le poumon; 5) taux sériques d'AOPP et d'anti-Scl-70; 6) radiodensité pulmonaire et pourcentage du tissu mal aéré (tomographie par micro-ordinateur in vivo).Résultats: Souris traitées au HOCl par rapport aux souris contrôles avec PBS : 1) Au fil du temps, il n'y avait aucune différence de poids corporel entre les groupes. 2) Dans la zone injectée au J42, l'épaisseur du pli cutané (mm) était deux fois plus important et l'épaisseur du derme (μm) trois fois plus importante dans le groupe HOCl. 3) Le traitement au HOCl n'a pas entraîné de caractéristiques histologiques de fibrose pulmonaire ni de changements significatifs de la conformité pulmonaire. L'analyse d'image automatisée de la coloration au rouge Picrosirius (PSR) des poumons des souris HOCl n'a pas montré une augmentation du dépôt de collagène. 4) Les injections de HOCl n'ont pas augmenté l'expression de l'ARNm pulmonaire de ACTA2 (α-actine de muscle lisse). 5) Le traitement par HOCl n'a pas induit la production d'AOPP ou d'anticorps anti-Scl-70. Animaux BLM-MP par rapport aux contrôles PBS : 1) Le poids minimal des souris BLM-MP a été observé au jour 15 et s'est progressivement rétabli jusqu'au J28. 2) Distalement au site d'injection, l'épaisseur du derme (μm) a augmenté chez les animaux BLM. 3) L'histologie pulmonaire des souris BLM-MP a montré un épaississement des septums alvéolaires avec une inflammation chronique et un dépôt de collagène. Dans ce modèle, la conformité pulmonaire était réduite, et les scans micro-CT ont montré une augmentation de la densité pulmonaire. Conclusion : Contrairement au modèle HOCl-ScS, le modèle BLM-MP récapitule les principales caractéristiques de la ScS-PI humaine. L'administration systémique prolongée de BLM altère la mécanique pulmonaire, augmente la densité pulmonaire sur la micro-TDM et induit une inflammation interstitielle chronique avec des foyers fibroblastiques dispersés. Le modèle BLM-MP et les résultats rapportés sont pertinents pour l'évaluation préclinique de nouveaux médicaments anti-fibrotiques

English

Background: Systemic sclerosis (SSc; scleroderma) is an autoimmune disease characterized by excessive collagen synthesis by fibroblasts, vascular abnormalities, and immune system activation, culminating in fibrosis of the skin and internal organs. Interstitial lung disease (ILD; lung fibrosis) is a frequent complication of SSc and one of its leading causes of death. Current treatments are of limited efficacy. To test new anti-fibrotics, reliable animal models that closely resemble human SSc-ILD are required. Two mouse models are favored in the literature – the repeated intradermal administration of hypochlorous acid [(HOCl)-SSc model] and the subcutaneous administration of bleomycin by osmotic minipump [(BLM-MP) model]. Both models reportedly induce skin and lung fibrosis. The HOCl-model has anti-topoisomerase 1 autoantibodies (anti-Scl-70) and elevated advanced oxidation protein product (AOPP) levels in serum. We performed an in-depth characterization focused on pulmonary involvement comparing these models. Methods: HOCl model: 6-week-old female BALB/c mice were treated with daily intradermal HOCl injections for 6-weeks. Experiment termination: 42 days (D). BLM-MP model: 10-week-old male C57BL/6 mice were implanted subcutaneously with osmotic minipumps containing BLM (60mg/kg) or phosphate-buffered saline (PBS) delivered continuously for 7 days. Experiment termination: 4 weeksReadouts: 1) body weight; 2) skinfold (caliper) and dermal thickness (histology); 3) lung histology and compliance (flexiVent™); 4) mRNA expression of profibrotic markers in the lung; 5) serum levels of AOPP and anti-Scl-70; 6) lung radiodensity and percent of poorly aerated tissue (micro-computer tomography in vivo).Results: HOCl-treated mice versus PBS-controls: 1) Over time there were no differences in body weight between groups. 2) In the injected area on D42, the skinfold thickness (mm) was two times larger and the dermal thickness (μm) three times larger in the HOCl group. 3) HOCl treatment neither resulted in histological features of pulmonary fibrosis nor significant changes in lung compliance. Automated image analysis of Picrosirius red (PSR) staining of lungs of HOCl mice did not show increased collagen deposition. 4) HOCl injections did not increase pulmonary mRNA expression of ACTA2 (α-smooth muscle actin). 5) HOCl treatment did not induce the production of either AOPPs or anti-Scl-70 antibodies. BLM-MP animals vs PBS controls: 1) BLM-MP mice minimal weight was documented at day 15 and gradually recovered until D28. 2) Distal to the site of injection, dermal thickness (μm) was increased in BLM animals. 3) BLM-MP mice lung histology showed thickening of the alveolar septa with chronic inflammation and collagen deposition. In these mice, lung compliance was reduced, and micro-CT scans showed increased lung density. Conclusion: In contrast to the HOCl-SSc treated mice, the BLM-MP recapitulates key features of human SSc-ILD. Prolonged systemic administration of BLM impaired lung mechanics, increased lung density on micro-CT and induced chronic interstitial inflammation with scattered fibroblastic foci. The BLM-MP treated mice and the readouts reported are relevant for the pre-clinical assessment of novel anti-fibrotic drugs

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