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[웨비나] Kopi & C Talk with RSC: 염증성 장 질환에 대한 장내 미생물군 연구 (싱가포르)

 이번 Kopi & Talk의 게스트는 MP Biomedicals에서 생명과학 연구 과학자로 근무하고 계신 Dr. Tan Yong Xing입니다.

MP Biomedicals의 DSS가 어떻게 결장 직장암(colorectal cancer) 연구에서 IBD와 동일한 생리적 반응을 유도하는지에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

DSS가 IBD와 동일한 생리학적 반응을 유도하는 방법

그림 1. DSS는 상피세포에 직접적으로 독성을 주어, 상피세포의 표면층을 손실을 유발하며, 이로 인해 장내 존재하는 미생물과 그들의 대사 산물들이 점막 고유층(lamina propria)으로 들어갈 수 있게 되고, 면역반응을 자극하게 됩니다.

DSS-induced colitis model과 같이 화학적으로 유도된 intestinal inflammation murine model은 유도가 쉽고, 염증 반응의 시작, 지속 시간과 심한정도가 즉각적이고, 조절 가능하기 때문에 널리 사용됩니다. DSS의 처리 농도를 조절함으로써 가벼운 염증성 질환에서 심각한 염증성 질환까지 모델링 할 수 있습니다.

DSS는 epithelial cell에 직접적이고 선택적으로 독성을 주게 됩니다. DSS는 surface epithelium의 손실을 유발하여 luminal microbes와 그 대사물이 점막 고유층(lamina propria)로 들어가 염증반응을 유도하게 됩니다. (그림 1)

DSS 모델의 장점

DSS-induced colitis model은 다른 colitis 동물모델과 비교하였을 때 몇 가지 장점이 있습니다. 앞에서 언급한 바와 같이, rat이나 mouse에서 DSS 농도 및 투여주기를 조절함으로써 급성(acute), 만성(chronic) 또는 재발(relapsing) 모델 등을 만들 수 있습니다. 무엇보다도, 사람의 궤양성 대장염 (ulcerative colitis) 과 임상과정이 유사한 이형성증 (dysplasia)은 DSS로 유발된 대장염의 만성 단계에서 자주 발생합니다.

사람의 IBD에 다양한 치료제를 사용하여 DSS 모델을 검증하는 연구는 DSS로 유도된 대장염이 mouse 데이터를 인간 질병으로 변환하는데 관련 모델로 사용될 수 있음을 보여주었습니다.

DSS-induced colitis 모델에 대해서 더 많은 정보는, 아래 논문에서 확인 가능합니다:

Dextran sodium sulfate colitis murine model: An indispensable tool for advancing our understanding of inflammatory bowel diseases pathogenesis

Derrick D Eichele and Kusum K Kharbanda. World J Gastroenterol. 2017 Sep 7; 23(33): 6016–6029. PMCID: PMC5597494.

IBD 모델 제작

DSS-induced colitis model을 구축하기 위한 프로토콜은 간단합니다. DSS powder를 멸균된 식수에 넣어 적정 농도의 DSS 용액을 만들기만 하면 됩니다. DSS 용액의 처리기간은 대장염을 유도하고자 하는 설치류의 종(strains)과 연구목적,유발하고자 하는 모델 종류에 따라 다릅니다.

Mouse의 종(strain)별 DSS 처리량
동물/종 처리농도 처리
기간
관련논문
C57BL/6 2.5% 8 Jia, Q.; Ivanov, I.; Zlatev, Z.; et al. Dietary fish oil and curcumin combine to modulate colonic cytokinetics and gene expression in dextran sodium sulphate-treated mice. Br.J.Nutr. 2011, 106(4), 519-9.
Wild-type C57BL/6J(m) 3% 6 Thiess, A.L.; Laroui, H.; Obertone, T.S.; et al. Nanoparticle-based therapeutic delivery of prohibitin to the colonic epithelial cells ameliorates acute murine colitis. Inflamm. Bowel Dis. 2011, 17(5), 1163-76.
C57BL/6 AhR null, WT 3.5% 7 Arsenescu, R.; Arsenescu, V.; Zhong, J.; et al. Role of xenobiotic receptor in inflammatory bowel disease. Inflamm. Bowel Dis. 2011, 17(5), 1149-2.
C57BL/6 5% 3-14 Nagalingham, N.A.; Kao, J.Y.; Young, V.B. Microbial ecology of the murine gut associated with the development of dextran sodium sulfate-induced colitis. Inflamm, Bowel Disease. 2011, 7(4), 917-26.
C57BL/6 1.5% 7 Ramakers, J.; Verstege, M.I.; Thuijls, G.; et al. The PPARγ agonist rosiglitazone impairs colonic inflammation in mice with experimental colitis. J.Clin.Immunol. 2007, 27(3), 275-283.
BALB/c 1% 10 Palffy, R.; Gardlik, R.; Behuliak, M.; et al. Salmonella-mediated gene therapy in experimental colitis in mice. Ex.Biol.Med. 2011, 236(2), 177-83.
C57BL/6J 3% 5 Shiomi, Y.; Nishiumi, S.; Ooi, M.; et al. GCMS-based metabolomic study in mice with colitis induced by dextran sulfate sodium. Inflamm. Bowel Dis. 2011, 17(11), 2261-74.
BALB/c 1-5% 10 Rochat, T.; Bermudez-Humaran, L.; Gratadoux, J-J.; et al. Anti-inflammatory effects of Lactobacillus casei BL23 producing or not a manganese-dependent catalase on DSSinduced colitis in mice. Microb. CellFact. 2007, 20(6), 22.
BALB/c; NMRI/KI 2.5-5% n/a Bylund-Fellenius, A-C.; Landström, E.; Axelsson, L.G.; et al. Experimental colitis induced by dextran sulphate in normal and germfree mice. Microbial Ecology in Health and Disease. 1994, 7, 207-215.
IL-5-/- and +/+ 2.9%, 5% 9 Stevceva, L.; Pavli, P.; Husband, A.; et al. Eosinophilia is attenuated in experimental colitis induced in IL-5 deficient mice. Genes Immun. 2000, 1(3), 213-8
BALB/c; athymic nu/nu CD-1 (BR) 2.5-5% 7-35 Axelsson, L.G.; Landström, E.; Bylund-Fellenius, A.C. Experimental colitis induced by dextran sulphate sodium in mice: Beneficial effects of sulphasalazine and olsalazine. Aliment. Pharmacol.Ther. 1998, 12(9), 925-34.
WT; CCR9(-/-); CCL25 (-/-) 2% 7 Wurbel, M.A.; McIntyre, M.G.; Dwyer, P.; et al. CCL25/CCR9 interactions regulate large intestinal inflammation in a murine model of acute colitis. PLoS One. 2011, 6(1), e16442.
Wild-type; DPIV -/- 2% 6 Yazbeck, R.; Howard, G.S.; Butler, R.N.; et al. Biochemical and histological changes in the small intestine of mice with dextran sulfate sodium induced colitis. J.Cell Physiol. 2011, 226(12), 319-24.
BALB/c 5% 7 Kumar, G.K.; Dhamotharan, R.; Kulkarni, N.M. Embelin ameliorates dextran sodium sulfate-induced colitis in mice. Int. Immunopharmacol. 2011, E
Rat의 종(strain)별 DSS 처리량
동물/종 처리농도 처리
기간
관련논문
Wistar 2% 2 weeks to 6 months Tamaru, T.; Kobayashi, H.; Kishimoto, S.; et al. Histochemical study of colonic cancer in experimental colitis of rats. Dig. Dis. Sci. 1993, 38, 529-537.
Sprague-Dawley 5% 9

Schreiber, O.; Petersson, J.; Phillipson, M.; et al. Lactobacillus reuteri prevents colitis by reducing P-selectin associated leukocyte- and platelet-endothelial cell interactions.

Am.J.Physiol.Gastrointest.Liver. 2009, 296, G534-542. Dicksved, J.; Schreiber, O.; Willing, B.; et al. Lactobacillus reuteri maintains a functional mucosal barrier during DSS treatment despite mucus layer dysfunction. PLoS One. 2012, 7(9), e46399.

Petersson, J.; Schreiber, O.; Steege, A.; et al. eNOS involved in colitis-induced mucosal blood flow increase. Am.J.Physiol.Gastrointest.Liver. 2007, 293, G1281-1287.

Sprague-Dawley 5% 6 Vasina, V.; Broccoli, M.; Ursino, M.G.; et al. Non-peptidyl low molecular weight radical scavenger IAC attenuates DSS-induced colitis in rats. World J.Gastroenterol. 2010, 16(29), 3642-50.
Sprague-Dawley 5% 7 Shi, X.Z.; Winston, J.H.; Sarna, S.K. Differential immune and genetic responses in rat models of Crohn’s colitis and ulcerative colitis. Am.J.Physiol.Gastrointest.Liver Physiol. 2011, 300(1), G41-51.
Wistar 2.5% 7 Aoi, Y.; Terashima, S.; Ogura M.; et al. Roles of nitric oxide (NO) and NO synthases in healing of dextran sulfate sodium-induced rat colitis. J Physio Pharmacol. 2008, 59(2), 315-36.
Wistar 5% 10 Lopez-Posadeas, R.; Requena, P.; Gonzalez, R.; et al. Bovine glycomacropeptide has intestinal antiinflammatory effects in rats with dextran-sulfate induced colitis. J.Nutr. 2010, 140(11), 2014-2019.
Wistar 2-4% 7 Shimizu, T.; Suzuki, M.; Fujimura, J.; et al. The relationship between the concentration of dextran sodium sulfate and the degree of induced experimental colitis in weanling rats. J.Pediatric Gastro. Nutrition. 2003, 37, 481-486.
ACI 5% 14 Hirono, I.; Kuhara, K.; Hosaka, S.; et al. Induction of intestinal tumors in rats by dextran sulfate sodium. J.Natl.Cancer Inst. 1981, 66(3), 579-583.
그외 동물의 DSS 처리량
동물/종 처리농도 처리
기간
관련논문
Hamster 2.5% 6 Karlsson, A.; Jägervall, A.; Pettersson, M.; et al. Dextran sulphate sodium induces acute colitis and alters hepatic function in hamsters. Int. Immunopharmacol. 2008, 8(1), 20-27
Hamster 1% N/A Yamada, M.; Ohkusa, T.; Ohkusa, I. Occurence of dysplasia and adenocarcinoma after experimental chronic ulcerative colitis in hamsters induced by dextran sulphate sodium. Gut. 1992, 33, 1521-1527
Guinea Pig 3% 4 Iwanaga, T.; Hoshi, O.; Han, H.; et al. Morphological analysis of acute ulcerative colitis experimentally induced by dextran sulfate sodium in the guinea pig: Some possible mechanisms of cecal ulceration. J. Gastroenterol. 1994, 29(4), 430-438.
Pig (Yorkshire) 1.25 g/kg BW 5 Young, D.; Ibuki, M.; Nakamori, T.; et al. Soy-derived di-and tripeptides alleviate colon and ileum inflammation in pigs with dextran sodium sulfate-induced colitis. J.Nutr. 2012, 142(2), 363-8.

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  • DSS 가 처리된 mouse의 체질량은 (body mass)는 7일동안 현저하게 감소하게 됩니다.
  • 조직 수준에서는, Hematoxylin& Eosin 염색으로 colon의 조직학적 검사를 통해 상피 내벽의 파괴를 포함한 전체적인 구조적 변화를 확인할 수 있습니다.

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Kopi C & Talk QnA

 

Question 1: Does MP Biomedicals have microbiome research group in Singapore? Is there any person that we can liaise with regarding microbiome related products and issues?
Answer: We do not have a microbiome research group in Singapore. Yes, there is a product manager that can liaise with you on microbiome related products. Please send in your contact to us and we will be happy to get back to you on your enquiry. Thank you.

Question 2: Could you comment on the use of bioacoustic sensing for bowel disease detection?
Answer: Bioacoustic sensing technology can be a potential cost-effective, non-invasive, simple yet powerful tool for diagnosis of several gastrointestinal conditions. However, there will be much more development work on the technology before it can be applied in clinical practice.

Question 3: IBD is a field that i am very interested in, but I do not commonly see research institutes doing this field of research. Are there any other labs that does this field of IBD research?
Answer: While IBD is a niched area of study, as mentioned in the seminar, the research applications and potential therapeutics are countless. In Singapore, based on our sales records of Dextran Sodium Sulphate, in the academia arena, there are a few labs in National University of Singapore, Nanyang Technological University working on IBD. There are also some Biologics companies working on IBD related research as well.

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