The laboratory mouse is used extensively for human disease modeling and preclinical therapeutic testing for efficacy, biodistribution, and toxicity. The variety of murine models available, and the ability to create new ones, eclipses all other species, but the size of mice and their organs create challenges for many in vivo studies. For pulmonary research, improved methods to access murine airways and lungs, and track substances administered to them, would be desirable. A nonsurgical endoscopic system with a camera, effectively a bronchoscope, coupled with a cryoimaging fluorescence microscopy technique to view the lungs in 3D, is described here that allows visualization of the procedure, including the anatomical location at which substances are instilled and fluorescence detection of those substances. We have applied it to bacterial infection studies to characterize better and optimize a chronic lung infection murine model in which we instill bacteria-laden agarose beads into the airways and lungs to extend the duration of the infection and inflammation. The use of the endoscope as guidance for placing a catheter into the airways is simple and quick, requiring only momentary sedation, and reduces post-procedural mortality compared with our previous instillation method that includes a trans-tracheal surgery. The endoscopic method improves speed and precision of delivery while reducing the stress on animals and the number of animals generated and used for experiments.
La souris de laboratoire est largement utilisée pour la modélisation des maladies humaines et les tests précliniques et thérapeutiques d'efficacité, de biodistribution et de toxicité. La variété de modèles de souris disponibles, et la capacité de créer de nouveaux modèles, éclipse toutes les autres espèces, mais la taille des souris et de leurs organes créent des défis pour de nombreuses études in vivo. Dans le cas de la recherche pulmonaire, il serait souhaitable d'améliorer les méthodes d'accès aux voies aériennes et aux poumons de la souris et le suivi des substances qui leur sont administrées. Nous décrivons ici un système endoscopique non chirurgical doté d’une caméra, à savoir un bronchoscope, couplé à une technique de cryo-microscopie à fluorescence, pour visualiser les poumons en 3D et visualiser la procédure, notamment l'emplacement anatomique où les substances sont instillées et la détection par fluorescence de ces substances. Nous l'avons appliqué aux études d'infection bactérienne pour mieux caractériser et optimiser un modèle murin d'infection pulmonaire chronique dans lequel nous instillons des billes d'agarose chargées de bactéries dans les voies respiratoires et les poumons pour prolonger la durée de l'infection et de l'inflammation. L'utilisation de l'endoscope pour guider le cathéter dans les voies respiratoires est simple et rapide, ne nécessitant qu'une sédation momentanée, et réduit la mortalité post-intervention par rapport à notre méthode d'instillation précédente qui inclut une chirurgie trans-trachéale. La méthode endoscopique améliore la vitesse et la précision d'administration tout en réduisant le stress des animaux et le nombre d'animaux générés et utilisés pour les expériences.
Die Labormaus wird in großem Umfang für die Modellierung menschlicher Krankheiten und für vorklinische Therapieversuche für Wirksamkeit, Biodistribution und Toxizität verwendet. Die Vielfalt der verfügbaren Mausmodelle und die Möglichkeit, neue Modelle zu entwickeln, stellt alle anderen Tierarten in den Schatten, aber die Größe der Maus und ihrer Organe erschwert viele In-vivo-Studien. Für die Lungenforschung wären bessere Methoden für den Zugang zu den Atemwegen und der Lunge der Maus und für die Verfolgung der verabreichten Substanzen wünschenswert. Vorliegend wird ein nicht-chirurgisches, endoskopisches System mit einer Kamera, im Grunde ein Bronchoskop, beschrieben, das mit Kryo-Bildgebungs- und Fluoreszenzmikroskopietechnik für die 3D-Betrachtung der Lunge gekoppelt ist, und das die Visualisierung des Verfahrens ermöglicht, einschließlich der anatomischen Stelle, an der die Substanzen eingebracht werden, und der Fluoreszenzdetektion dieser Substanzen. Wir haben diese Technik bei Versuchen zu bakteriellen Infektionen eingesetzt, um ein Mausmodell für chronische Lungeninfektionen besser zu charakterisieren und zu optimieren, bei dem wir mit Bakterien gekoppelte Agarosekügelchen in die Atemwege und die Lunge einbringen, um die Dauer der Infektion und Entzündung zu verlängern. Der Einsatz des Endoskops als Orientierungshilfe für die Platzierung eines Katheters in die Atemwege ist einfach und schnell, erfordert nur eine kurze Sedierung und verringert die Sterblichkeit nach dem Eingriff im Vergleich zu unserer bisherigen Instillationsmethode, die mit einem trans-trachealen Eingriff verbunden ist. Die endoskopische Methode ermöglicht eine schnellere und präzisere Verabreichung und reduziert gleichzeitig die Belastung der Tiere und die Anzahl der für die Versuche benötigten Tiere.
El ratón de laboratorio se utiliza ampliamente para el modelado de enfermedades humanas y las pruebas terapéuticas preclínicas de eficacia, biodistribución y toxicidad. La variedad de modelos de ratón disponibles, y la capacidad de crear otros nuevos, eclipsa a todas las demás especies, pero el tamaño de los ratones y sus órganos suponen retos para muchos estudios in vivo . Para la investigación pulmonar, sería deseable disponer de métodos mejorados para acceder a las vías respiratorias y los pulmones de los ratones, y realizar un seguimiento de las sustancias que se les administran. Aquí se describe un sistema endoscópico no quirúrgico con una cámara, en realidad un broncoscopio, acoplado a una técnica de criomicroscopía de fluorescencia para ver los pulmones en 3D, que permite la visualización del procedimiento, incluida la localización anatómica en la que se instilan las sustancias y la detección por fluorescencia de estas. Hemos aplicado este sistema en estudios de infección bacteriana para caracterizar y optimizar mejor un modelo de ratón de infección pulmonar crónica en el que instilamos microesferas de agarosa cargadas de bacterias en las vías respiratorias y los pulmones para prolongar la duración de la infección y la inflamación. El uso del endoscopio como guía para colocar un catéter en las vías respiratorias es sencillo y rápido, tan solo requiere sedación momentánea y reduce la mortalidad posprocedimiento en comparación con nuestro método de instilación anterior que incluye una cirugía transtraqueal. El método endoscópico mejora la velocidad y la precisión de la administración mientras reduce el estrés de los animales y el número de animales criados y utilizados para los experimentos.
Keywords: Bronchoscopy; ethics and welfare; lung infection; reduction; refinement.