Resumen
Antecedentes
El cigarrillo electrónico o la lesión pulmonar de uso del uso del producto (Evali) se ha convertido en una preocupación de salud pública desde 2019, con acetato de vitamina E (VEA) identificado como un agente causal potencial. Si bien los estudios anteriores han utilizado la exposición a aerosol de Vea de todo el cuerpo o los modelos de instilación intratraqueal, estos enfoques pueden introducir rutas de exposición confusas o no reflejar completamente las condiciones de vapeo del mundo real. Para comprender mejor la evaluación inducida por VEA, sigue habiendo la necesidad de un modelo animal que aísla la exposición a las vías respiratorias e imita de cerca el comportamiento de vapeo humano.
Métodos
Utilizamos un sistema de exposición de solo nariz para desarrollar un modelo de Evali de ratón, con aerosol VEA generado por un dispositivo de vapeo disponible comercialmente. Se generaron bocanadas a un volumen de 55 ml durante 3 s, entregados cada 30 s durante 1 h por día, hasta 6 días consecutivos. La lesión pulmonar se evaluó mediante el análisis histopatológico, y la función de las vías respiratorias se midió mediante la prueba de función de la vía aérea invasiva. Los cambios ultraestructurales en los alvéolos de ratón se analizaron con microscopía electrónica de transmisión. Los macrófagos alveolares se evaluaron para la polarización proinflamatoria y el deterioro funcional. Se exploraron mecanismos patógenos potenciales con análisis de ARN-seq.
Resultados
Nuestros hallazgos revelaron lesiones pulmonares agudas, caracterizadas por edema pulmonar y hallazgos histopatológicos típicos. Además, observamos cambios en las funciones de las vías respiratorias con patrones respiratorios alterados y disminución del cumplimiento dinámico pulmonar. La microscopía electrónica de transmisión reveló además hipertrofia de neumocitos tipo II, hinchazón de neumocitos tipo I y activación prolongada de macrófagos alveolares con contenido fagocítico denso en electrones. También demostramos disfunción de macrófagos con polarización proinflamatoria sostenida y función de eferocitosis deteriorada. La inflamación persistente del pulmón también se caracterizó por el mayor nivel de citocinas proinflamatorias en el líquido de lavado broncoalveolar, especialmente IL-6. El análisis de ARN-seq destacó las vías relacionadas con la activación de las células T, la señalización de citocinas y la migración de leucocitos.
Conclusión
Este estudio estableció un modelo de ratón utilizando un sistema de exposición a aerosol de VEA de solo nariz para examinar los efectos respiratorios de la VEA en Evali. Nuestros resultados revelaron que la inhalación de VEA desencadenó una lesión pulmonar aguda, acompañada de signos tempranos de disfunción de las vías respiratorias. Los hallazgos respaldan la hipótesis de que VEA impulsa la patogénesis de Evali a través de los efectos citotóxicos directos como la inflamación mediada por macrófagos. Nuestros hallazgos ofrecen nuevas ideas sobre los mecanismos de Evali y presentan un modelo valioso para futuras investigaciones.
Fondo
Desde el brote de cigarrillos electrónicos o la lesión pulmonar asociada al uso del producto (Evali) en 2019, se ha documentado en 2000 casos en todo el mundo (1, 2). La mayoría de los pacientes afectados son hombres jóvenes entre las edades de 18 y 34 años (3). La presentación clínica de Evali varía ampliamente, desde disnea leve hasta insuficiencia respiratoria hipoxémica grave que requiere ventilación mecánica (4). Los síntomas respiratorios de Evali incluyen dificultad para respirar, dolor en el pecho, tos y hemoptisis, y casi todos los pacientes confirmados presentan imágenes en el pecho anormales con hallazgos de TC consistentes con la organización de la neumonía y las opacidades de vidrio molido (5, 6). Los síntomas no específicos y las diversas presentaciones clínicas hacen que sea muy difícil diagnosticar a los pacientes con EVALI. Actualmente, el diagnóstico de Evali se basa principalmente en imágenes pulmonares y la exclusión del historial de uso de los cigarrillos electrónicos, ya que no existen marcadores de diagnóstico específicos (4). Los casos de Evali se informaron predominantemente en los Estados Unidos, con varios fuera de los Estados Unidos (7,8,9). Los productos relacionados con el cigarrillo electrónico se controlaron bajo leyes específicas en diferentes países y regiones. Sin embargo, la disponibilidad de cigarrillos electrónicos ilícitos y la conciencia pública limitada de los cigarrillos electrónicos aún persisten los riesgos asociados. Es fundamental profundizar la comprensión de los mecanismos patológicos de Evali para facilitar el diagnóstico temprano y la rápida intervención.
Los mecanismos exactos de la patogénesis de Evali aún no están claros. Los estudios en los últimos años han investigado las propiedades toxicológicas de los aerosoles producidos por los cigarrillos electrónicos a base de nicotina, pero los estudios recientes identificaron que el acetato de vitamina E (VEA), un éster de ácido acético y vitamina E, podría ser la causa potencial de evaluación. VEA se puede usar como agente en espesamiento o diluyente en productos de vapeo ilegal y puede tener efectos tóxicos pulmonares o sistémicos por inhalación (10). Se ha informado que más del 90% de los pacientes con Evali habían detectado VEA en su líquido de lavado broncoalveolar (BALF), mientras que estaba ausente en el grupo de control sano (11). VEA se usa ampliamente como suplemento dietético y aditivo en productos cosméticos, donde generalmente se reconoce como seguro para el consumo oral y la aplicación de la piel. Sin embargo, aún faltan estudios detallados sobre la toxicidad del aerosol puro de Vea a través de la inhalación. La investigación actual sobre el papel patológico de VEA en Evali propone dos hipótesis primarias. The first is the “secondary hit” theory, which suggests that VEA modulates lung inflammation by polarizing alveolar macrophages toward a pro-inflammatory phenotype, resulting in the secretion of inflammatory cytokines and initiating an inflammatory cascade, while the second proposes that VEA exerts direct cytotoxic effects on alveolar cells, ultimately leading to cellular death (12). Además, se descubrió que muchos pacientes con Evali tenían macrófagos alveolares en forma de espuma positivos para tinción de O rojo rojo en la BALF (13,14,15), y se observaron resultados similares en estudios en animales (16,17,18).
En muchos estudios, los modelos animales se han utilizado para investigar Evali. Sin embargo, de acuerdo con nuestra investigación actual y una revisión sistemática de las metodologías de investigación de Evali, no se han establecido modelos animales a través de la exposición solo a VEA (3, 19, 20). En este estudio, además de la aplicación del sistema de exposición de solo nariz, empleamos además el cigarrillo electrónico disponible comercialmente y el régimen de resoplamiento recomendado por el Centro de Cooperación para la Investigación Científica en relación con el tabaco (Coresta),, lo que tiene como objetivo desarrollar un modelo animal más confiable que imita las condiciones del mundo real para estudiar la toxicología de la toxicología de las crisis y los mecanismos subyacentes. Basado en este modelo animal, investigamos la histopatología pulmonar y la función de las vías respiratorias durante la fase temprana de la lesión pulmonar inducida por VEA. También evaluamos los cambios ultraestructurales en los alvéolos de ratón y las alteraciones de la función de macrófagos alveolares. Al final, realizamos una exploración preliminar sobre los mecanismos biológicos subyacentes de la lesión pulmonar inducida por VEA, proporcionando una referencia valiosa para futuras investigaciones en profundidad.
Materiales y métodos
Sistema de atomización de VEA y exposición a la nariz
Para simular la aerosolización de la VEA en el fumar cigarrillos electrónicos del mundo real, VEA (no.: 7695-91-2, Aladdin Scientific, Shanghai) se inyectó en una vaina vacía de 1.5 Ω bobina cerámica y se atomizó con un dispositivo de vapeo disponible comercialmente (Relx Zeus, Tecnología RLX, Shenzhen). El nivel de potencia del dispositivo de vapeo se estableció en 9.5 W. El aerosol VEA se generó utilizando un generador de aerosol de cigarrillo electrónico (Yuyan Instruments, Shanghai) que estaba conectado a un sistema de exposición de solo nariz (Yuyan Instruments, Shanghai). Como se muestra en la Fig. 1el dispositivo de vapeo se colocó en una cámara de retención cilíndrica sellada, y el Pod se conectó al puerto de entrada de aerosol. Según el Protocolo Coresta (21), el bufete se generó a un volumen de 55 ml en 3 s por el controlador y se dibujó en la torre de inhalación. Siguiendo la frecuencia estándar de la bocanada en el protocolo Coresta, se generó una bocanada cada 30 s. El aire fresco se bombeó constantemente a la torre de inhalación a una velocidad de flujo de 2.0 l/min. La duración de la exposición duró 1 h por día.
Fig. 1Ilustración del sistema de atomización y exposición de solo nariz. La bomba de aire impulsa el aire fresco en el controlador de flujo de gas y el generador de aerosol de cigarrillo electrónico. El controlador de flujo de gas está configurado para ajustar la velocidad de flujo de aire fresco en la torre de inhalación. El generador de aerosol de cigarrillo electrónico controla la presión de aire en la cámara de retención bajo configuraciones de bocanadas especializadas, controlando así el volumen, la duración y la frecuencia. El aerosol se puede monitorear a través de la cámara de monitoreo de aerosol transparente. (Línea azul: aire fresco; línea roja: vea aerosol; línea amarilla: mezcla de aire fresco y vea aerosol. Las flechas indican la dirección del flujo).
Imagen de tamaño completoAnimales experimentales
Los ratones machos C57BL6 de 9 a 11 semanas, con un peso de 22–25 g se adquirieron de SPF (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. Los ratones se dividieron aleatoriamente en grupos de aire o VEA. Los ratones se anestesiaron primero por un corto período a través de la inhalación de isoflurano, y luego se colocaron en la cámara de restricción y se conectaron a la torre de inhalación después del despertar (Fig. 1). Los ratones se expusieron solo al aire fresco o a una mezcla de aerosol de Vea y aire fresco durante hasta 6 días en el sistema de exposición solo por la nariz. El peso corporal se midió diariamente antes de la operación. Los ratones fueron sacrificados con una sobredosis de administración intraperitoneal de tribromoetanol antes de la recolección de tejidos.
Línea celular
La línea celular Jurkat (linfocitos T humanos) se adquirió de Guangzhou Cellcook Biotech Co., Ltd. (Guangzhou, China). Las células Jurkat se mantuvieron en medio RPMI 1640 suplementado con suero bovino fetal al 10% (vol/vol). Las células se cultivaron en una incubadora con 5% de CO2 a 37 ° C y 95% de humedad.
Relación de peso de pulmón húmedo a seco (w/d)
Para determinar la relación pulmonar húmeda-seco, los pulmones se cosecharon cuidadosamente de ratones sacrificados, se recortaron en exceso de tejido y se eliminaron la sangre superficial. El peso húmedo se registró inmediatamente utilizando un balance de precisión. Los pulmones se secaron en un horno a 60 ° C durante 48 h hasta que se logró un peso constante y se midió el peso seco. La relación W/D se calculó dividiendo el húmedo …
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