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Product Center慢性阻塞性肺疾病模型構建:COPD模型構建是研究其發病機制、藥物篩選及治療策略的核心基礎。
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常用物種及其適應性
大鼠:SD(Sprague-Dawley)和Wistar大鼠占比超80%,因其氣道結構與人類相似、耐受性強,適合長期煙霧暴露研究。
小鼠:C57BL/6品系使用率最高(占嚙齒類模型的45%),但需注意其對煙霧誘導的病理變化較弱;BALB/c小鼠更易出現Th2型炎癥反應。
其他物種:豚鼠(氣道高反應性研究)、小型豬(肺葉分葉結構與人類相似)、非人靈長類(轉化醫學研究),但成本較高。
性別與年齡
性別選擇:79.47%研究采用雄性動物,避免雌性激素周期對炎癥反應的干擾。
年齡窗口:成年動物(大鼠8-10周齡,小鼠6-8周齡)確保免疫系統成熟,老年動物(>12月齡)用于模擬COPD合并衰老相關病變。
方法類型 | 操作要點 | 病理特征 | 優缺點分析 |
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香煙煙霧暴露 | 每日被動吸煙2-4小時,持續12-24周 | 杯狀細胞增生、氣道壁增厚、肺泡間隔斷裂 | 優勢:模擬人類吸煙致病機制;局限:周期長(≥3個月),設備成本高 |
LPS聯合煙霧 | 煙霧暴露前氣管滴注脂多糖(LPS 0.5-1mg/kg) | 加速中性粒細胞浸潤,IL-6/TNF-α升高3-5倍 | 優勢:成模時間縮短至6-8周;風險:急性炎癥過強可能掩蓋慢性病變 |
彈性酶模型 | 氣管內滴注豬胰彈性酶(25-100U/kg) | 肺泡擴張、肺氣腫樣改變,MMP-9表達上調 | 優勢:快速誘導肺氣腫(3周);局限:缺乏慢性炎癥過程 |
PM2.5復合模型 | PM2.5懸液(5mg/kg)鼻腔滴注+煙霧暴露 | 氧化應激標志物(MDA、8-OHdG)顯著升高,模擬空氣污染致病機制 | 優勢:環境因素模擬;挑戰:顆粒物標準化制備難度大 |
轉基因小鼠:
MMP12過表達:誘導自發肺氣腫
Nrf2敲除:模擬氧化應激易感性,肺功能下降30%
類器官模型:
人支氣管上皮類器官與成纖維細胞共培養,模擬氣道重塑
細菌反復感染:銅綠假單胞菌滴鼻(每2周1次,共3次),誘導慢性氣道感染
自身免疫模型:注射抗內皮細胞抗體,模擬COPD合并血管病變
檢測層級 | 核心指標 | 技術方法 | 判定標準 |
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肺功能 | FEV0.3/FVC比值下降≥20%,氣道阻力(Raw)增加≥30% | 無創體積描記法(Buxco系統) | 符合GOLD指南分級標準 |
病理學 | 平均線性截距(MLI)增加>50%,肺泡破壞指數(DI)>40% | H&E染色、Masson染色(膠原沉積評估) | 需與臨床病理切片比對 |
炎癥浸潤 | BALF中中性粒細胞占比>30%,巨噬細胞>50% | 流式細胞術、細胞離心涂片 | 需排除急性感染干擾 |
氧化應激:SOD活性下降30%,GSH/GSSG比值<2
蛋白酶失衡:MMP-9/TIMP-1比值>3
表觀遺傳:血漿中miR-145-5p下調,與FEV1呈正相關(r=0.62)
動態監測技術
植入式傳感器:實時監測氣道壓力與氧飽和度(誤差<2%)
光聲成像(PAI) :無創評估肺血管密度變化
多組學整合模型
空間轉錄組:解析肺葉區域性炎癥差異
代謝流分析:追蹤13C標記葡萄糖在肺組織中的代謝重編程
人源化模型
PBMC移植小鼠:重建人類免疫微環境,藥物反應預測準確率提升至78%
類器官-芯片:模擬氣道-血管單元交互作用,用于靶向藥物篩選
動物福利
單日煙霧暴露時間≤4小時,總周期≤6個月
強制設置"痛苦閾值":體重下降>15%或活動量減少>50%需終止實驗
數據可比性
建立國際統一評分系統:COPD模型嚴重度指數(CMSI)
強制第三方驗證:關鍵指標(如FEV0.3/FVC)需在≥2個實驗室重復
模型局限性
現有模型僅能模擬COPD部分表型,尚無模型能全復制人類疾病晚期特征(如肺心病)
嚙齒類與人類免疫應答差異導致抗炎藥物轉化失敗率高達67%
藥物研發
度普利尤單抗(Dupixent)在IL-4/IL-13雙敲除小鼠中驗證,BALF嗜酸性粒細胞減少80%
中藥復方"補肺健脾方"通過抑制NLRP3炎癥小體,使肺功能改善率提升42%
機制解析
單細胞測序發現新型AT2細胞亞群(COPD-specific AT2),分泌IL-33驅動纖維化
腸道-肺軸研究:糞菌移植改善煙霧誘導模型腸屏障完整性,肺炎癥評分下降55%