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November 02, 2021

DSS가 무엇이며, 어떻게 염증을 유발하는지를 먼저 알아보겠습니다.

화학적으로 유도된 장염 동물모델을 일반적으로 사용하는 이유는 장염의 유발이 단순하고, 염증의 발병, 지속 기간 및 중증도가 즉각적이고 조절 가능하기 때문입니다.

Dextran sodium sulfate (DSS)에 의한 대장염 유도는 지난 20년 이상 전임상 연구와 염증성 장 질환(IBD)의 발병 기작 연구에 사용되어져 왔습니다.

​DSS는 수용성이며, 음전하를 띈 sulfated polysaccharide로 분자량이 5-1400kDa에 까지 다양하지만, Colitis에 사용되는 분자량은 35-50 kDa이며, Colitis를 유발하기 위해 다른 물질과 같이 사용하거나 단독으로 사용할 수 있습니다. DSS는 상피세포에 직접적으로 독성이 있어, 상피 부분의 완전한 손실과 결장 점막 투과성을 증가시켜 DSS를 포함한 분자량이 50 kDa에 이르는 큰 분자의 유입을 가능하게 합니다.

안에서 일어나는 상황에 대해 자세히 살펴보면,

상피 장벽이 파괴되면 lamina propria가 장내 내용물과 박테리아 항원에 노출되어, 염증을 유발하는 경로의 활성화를 유발하게 되고, 염증성 사이토카인 (TNF-α, IL-1β, IL-6 등) 의 생성이 증가합니다.

DSS에 의해 유도된 colitis는 Th1과 Th2 면역 기전 모두에 의해 매개되며, 선천 면역 (innate immunity)과 관련된 여러 요소들도 DSS 처리에 영향을 받습니다. 이는 선천 면역 시스템 (예, MyD88, TLR4, TLR9)의 발현 변화에 의해 관찰됩니다.

이러한 경로의 변화는 상피세포의 손상과 그에 따른 장 염증을 유발하여, mouse, pig, zebrafish 와 같은 몇몇 동물 모델에서 IBD를 연구하는 것을 가능하게 합니다.

DSS와 Azoxymethane(AOM)의 조합은 재현성, 효능, 사용 편리성, 효율성 면에서 colitis-associated cancer를 모델링 하는데 많이 사용되고 있습니다. 일반적으로, 다른 모델링 방식의 경우 종양 발생까지 몇달이 걸리는 것에 반해 DSS와 AOM의 조합 방식은 AOM 주사하고 그 후 DSS를 처리하여 약 7-10 주 사이에 적절한 종양을 형성시킬 수 있습니다.
연구사례 보기
 

DSS의 효과에 영향을 미치는 요인들에 대해 알아보겠습니다.

대장염 유발에 대한 DSS의 효과는 다음과 같은 몇 가지 요인에 따라 달라집니다:

  • DSS 처리농도
  • DSS 투여기간 및 빈도
  • DSS 투여 방법
  • DSS의 분자량
  • 사용한 동물 모델, 종 및 성별
  • 동물 사육 환경
  • 장내 미생물 환경

요 인

특 성

설 명

DSS

DSS 분자량

(Molecular Weight)

조직 침투를 위해서는 35-50 kDa 분자량의 DSS가 사용되어야 합니다. 더 큰 분자량의 DSS의 경우 대장 조직을 효율적으로 침투하지 못하고, 작은 분자량의 DSS의 경우 잘 분포되지 않습니다.

DSS 투여 농도

(Concentration)

일반적으로 DSS 투여량은 1.5~5%이며, 1%는 가벼운 증상을 보이게 됩니다.

투여 빈도 및 기간

(Frequency and duration of Administration)

DSS 투여 빈도와 기간은 연구하고자 하는 내용과 급성 (acute colitis) 또는 만성 대장염 (chronic colitis)을 유발할지 여부에 따라 달라집니다.

급성 (Acute): 5-7일간 투여

만성 (Chronic): DSS 4-5사이클 반복투여 및 수주 동안 멸균수 투여

투여 방법

(Method of Administration)

쥐 과의 동물들은 DSS를 식수에 첨가하여 먹이는게 일반적이지만, 직장 투여 (rectal administration)가 더 적합한 경우도 있습니다.

Mouse의 하루 수분 섭취량은 7-10ml/day이고, rat의 경우 하루 100g 당 11ml의 수분을 섭취합니다. (11ml/100g body weight/day)

제품의 일관성

(Batch Consistency)

Batch/Lot (로트)간의 일관성은 실험의 재현성에 매우 중요합니다. 사용하는 DSS가 특정 분자량 범위 내에서 유지되도록 엄격한 품질관리 프로토콜을 갖춘 공급업체의 제품을 선택해야 합니다.

Animal Model

동물 (Animal)

어떤 동물도 IBD를 연구하는데 완벽한 모델은 아닙니다. 그리고 동물의 선택은 연구하고자 하는 specific research question에 달려 있습니다.

Mouse 모델은 가장 일반적으로 사용되고 있어, 비교 연구에 용이한 반면, 큰 동물 (예, 돼지와 영장류)은 임상 실험 전에 잠재적 실험 약물의 효능을 평가하는데 더 유용합니다.

성별 (Gender)

Male mouse는 화학적으로 유발된 대장염에 더 잘 걸립니다. Female mouse의 경우 잠재적으로 estradiol에 의해 부분적으로 보호됩니다.

 (Strain)

특정 종 들이 다른 종들에 비해 DSS colitis가 더 잘 유도됩니다. C3H/HeJ, C57BL/6, BALB/C 등이 여기에 해당됩니다.

Environment

사육 환경

(Housing conditions)

그룹 vs 개별 사육장, 케이지 교체 빈도 등이 coprophagy(분식증) 행동 유발과 동물의 스트레스 수준에 영향을 미칠 수 있습니다.

장내 미생물 환경

(Microbial Environment)

동물 모델이 사육되는 환경 (germ-free vs pathogen-free vs wild-type)은 장내 미생물 환경에 영향을 미칠 수 있습니다.

이상적인 투여량은 연구분야, 동물모델, 동물의 유전적 배경에 따라 달라집니다. DSS의 처리 농도와 기간 조절을 통해 급성 및 만성 염증과 관련된 메커니즘을 연구할 수 있습니다.
예를 들어,Rajendiran, et al. 는 Wistar rats에서 5% DSS를 5일간 음수를 통해 투여하여 급성 대장염을 유도하였으며, 5% DSS를 첫 9일간 투여 후 2% DSS로 추가 18일 동안 투여하여 만성 대장염을 유도하였습니다.

다른 모든 실험과 마찬가지로 변수를 최대한 일관되게 유지하는 것은 결과의 신뢰성과 재현성을 높이는데 도움이 됩니다. 동물 서식지, 사료, husbandry 등을 최대한 일정하고 최적의 상태로 유지하십시오.

실험 팁!

  • 대장염 모델을 생성하기 위한 DSS의 가장 좋은 분자범위는 36,000-50,000 Da (36-50kDa) 입니다. 낮은 분자량에서는 DSS의 염증 효과가 약하며, 높은 분자량의 DSS는 쉽게 대장세포로 흡수되지 않습니다.
  • DSS는 중합체이기 때문에 분자량의 범위는 평균값만을 나타내고 있습니다. 분자량은 lot (로트) 마다 다르지만, MP Bio의 DSS는 항상 최적의 범위내에 있습니다. DSS를 사용한 실험을 진행하실 때에는 전체 실험 프로젝트를 진행할 수 있는 충분한 양의 DSS를 동일 lot으로 구매할 것을 권장 드립니다. 이것이 불가능 한 경우, lot를 변경하기 전에 사전 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.
  • DSS용액은 멸균수로 제조하고, 자세한 w/v 농도는 사용 설명서를 참조하십시오. 사용 전 0.22um의 filtration 진행을 권장 드립니다.
  • DSS용액을 1-2일마다 새로 준비합니다.
  • 대장염 모델링 진행상황을 명확하게 관찰하기 위해서는 적절한 하우징이 제공되어야 합니다. 케이지당 mouse 수는 2-3 마리가 적당하며, 최대 5마리를 넘지 않는 것을 권장합니다.
  • 일반적으로 DSS를 2일간 처리하면 상피세포의 장벽이 파괴가 유발되며, 3일차, 5일차, 7일차에 관찰할 수 있습니다. 처리 과정 전반에 걸쳐 병리학적 확인을 같이 진행할 것을 제안합니다.

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