Method Article
אנו מבססים מודל עכברי של זיהום הקשור לצנתר C.albicans (CRI), שבו נוצר ביופילם על הצנתר, והאינטראקציה בין C.albicans למארח מתואמת היטב עם CRI הקליני. מודל זה מסייע לסנן טיפולים עבור CRI הקשור לביופילם של C.albicans , ומניח בסיס לשינוי קליני.
זיהום הקשור לצנתר (CRI) הוא זיהום נוסוקומי נפוץ הנגרם על ידי קנדידה אלביקנס במהלך השתלת קטטר. בדרך כלל, ביופילמים נוצרים על פני השטח החיצוניים של הצנתר ומובילים לזיהומים מופצים, שהם קטלניים לחולים. אין מניעה וניהול טיפול יעיל במרפאות. לכן, דחוף להקים מודל בעלי חיים של CRI לסינון פרה-קליני של אסטרטגיות חדשות למניעתו ולטיפול בו. במחקר זה, צנתר פוליאתילן, צנתר רפואי בשימוש נרחב, הוחדר לחלק האחורי של עכברי BALB/c לאחר הסרת שיער. קנדידה אלביקנס ATCC MYA-2876 (SC5314) המבטא חלבון פלואורסצנטי ירוק משופר חוסן לאחר מכן על פני העור לאורך הצנתר. פלואורסצנטיות אינטנסיבית נצפתה על פני הצנתר תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי 3 ימים לאחר מכן. ביופילמים בוגרים ועבים נמצאו על פני הצנתר באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק. תוצאות אלה הצביעו על הידבקות, נשאות והיווצרות ביופילם של קנדידה אלביקנס על פני הצנתר. היפרפלזיה של האפידרמיס וחדירת תאים דלקתיים בדגימות העור הצביעו על השינויים ההיסטופתולוגיים של העור הקשור ל- CRI. לסיכום, מודל CRI עכבר הוקם בהצלחה. מודל זה צפוי להיות מועיל במחקר ופיתוח של ניהול טיפולי עבור קנדידה אלביקנס הקשורים CRI.
בשנים האחרונות, עם הפיתוח והיישום של חומרים ביו-רפואיים, זיהומים הקשורים לשתלים מתגלים כבעיות קליניות קשות 1,2. עם היישום הרחב של צנתרים רפואיים במרפאות, מספר זיהומים הקשורים ומוות הוא עצום מדי שנה 3,4. נתיבי הזיהום הנפוצים של זיהום הקשור לצנתר (CRI) כוללים: (1) פתוגנים על פני העור חודרים לגוף ונצמדים לפני השטח החיצוניים של הצנתר 5,6,7; (2) פתוגנים שמקורם בפעולה אספטית לא תקינה פולשים, נצמדים ומתיישבים בצנתר; (3) פתוגנים במחזור הדם נצמדים ומתיישבים בצנתר; (4) תרופות מזוהמות על ידי מיקרואורגניזם פתוגני.
קנדידה היא הסיבה השלישית בשכיחותה ל-CRI 8,9. סביר מאוד להניח שהוא יגרום לזיהום בזרם הדם ולקנדידה פולשנית מסכנת חיים אחרת לאחר היווצרות ביופילמים על פני השטח של השתל. הפרוגנוזה גרועה, והתמותה גבוהה2. מדווח כי ביופילמים נוצרים על פני הצנתר תוך שבועיים לאחר החדרת ורידי מרכזי ובלומן של הצנתר מספר שבועות לאחר מכן10,11.
ביופילמים של קנדידה אלביקנס (C. albicans) שנוצרו על צנתרים רפואיים מציגים רשת דו-שכבתית המורכבת משמרים, סטרומה ותפטיר12,13. היווצרות ביופילמים של C. albicans היא לא רק מפתח לעמידות לתרופות ולהתחמקות חיסונית13, אלא גם חיונית לייצור נבגים מפוזרים, מה שמוביל לזיהום המטוגני נוסף 2,12 ומביא לתוצאות חמורות יותר ואף מסכנות חיים. C. albicans-associated CRI הוא הגורם העיקרי לזיהומים קליניים פטרייתיים בזרם הדם 7,14, ויותר מ-40% מהחולים עם זיהום C. albicans בצנתר ורידי מרכזי יתפתחו לחיידק15.
על פי האגודה למחלות זיהומיות של אמריקה, הטיפול המומלץ בקנדידה CRI כולל (1) הסרת הצנתר הנגוע; (2) מתן טיפול אנטי-פטרייתי סיסטמי בן 14 יום8; (3) השתלה מחדש של צנתר חדש4. עם זאת, ביישומים קליניים, צנתרים לא ניתן להסיר באופן מלא לפעמים. חלק מהחולים יכולים להיות מטופלים רק עם אנטיביוטיקה סיסטמית וטיפול נעילה מיקרוביאלית, מלווה תופעות לוואי חזקות 16,17.
מודלים קיימים של בעלי חיים של C. albicans, כגון מודל קנדידיזיס אורופרינגיאלי, מודל קנדידיזיס בנרתיק, ומודל זיהום מערכתי פולשני הנגרם על ידי קנדידה18,19 אינם יכולים להיות מתואמים היטב עם CRI קליני. לכן, במחקר זה נקבע מודל CRI הקשור ל-C. albicans בעכברים. צנתרי פוליאתילן נפוצים קליניים שימשו כשתלים תת-עוריים20,21, ו-C. albicans חוסנו על פני העור כדי לדמות את ההיצמדות של C. albicans לצנתרים הרפואיים ואת היווצרות הביופילמים.
מודל זה שימש בהצלחה במעבדה שלנו כדי לסנן את אפקט האנטי-ביופילם של טיפולים שונים22. בנוסף, בשל זיהוי הפיגור של C. albicans לאחר זיהום בצנתר, זן C. albicans המכיל חלבון פלואורסצנטי ירוק משופר (EGFP) נבנה וחוסן בעכברים כדי להקל על התצפית האינטואיטיבית של מושבות וביופילמים של C. albicans על הצנתר המושתל.
חיות ניסוי, עכברי BALB/c זכרים (12-16 גרם), נרכשו ממרכז חיות המעבדה, מרכז מדעי הבריאות של אוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג. כל הנהלים אושרו על ידי הוועדה האתית המוסדית לבעלי חיים של אוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג עם מספר הרישוי SCXK (שאאנשי) 2021-103.
1. חיץ והכנת ציוד
2. הקמת מודל CRI לעכבר
הערה: ההליך הכירורגי מוצג באיור 2.
3. הערכת מודל CRI
C . albicans ו biofilms על הצנתרים ניתן היה לצפות על ידי SEM. כפי שניתן לראות באיור 322, פני השטח של צנתרי הפוליאתילן בקבוצת הצנתרים היו חלקים, ולא נצפה מיקרואורגניזם פתוגני מודבק. עם זאת, ביופילמים בוגרים וצפופים של C. albicans נראו על פני השטח של צנתרי הפוליאתילן בקבוצת המודל, מה שמצביע על כך ש- C. albicans יכול היה ליישב בהצלחה וליצור ביופילמים על פני הצנתר בעכברים בתנאי הניסוי. יתר על כן, תוצאות מיקרוסקופ פלואורסצנטי אימתו עוד יותר את המסקנות לעיל (איור 4)22. לא נמצאה פלואורסצנטיות ברורה על פני השטח של צנתרי הפוליאתילן בקבוצת הצנתרים. עם זאת, פלואורסצנטיות חזקה שנפלטה על ידי תאי C. albicans דבקים נראתה על פני הצנתר בקבוצת המודל. זה הצביע על כך שמספר גדול של תאי C. albicans נצמדו לפני השטח של הצנתרים, מה שהדגים את הבנייה המוצלחת של מודלים CRI הקשורים לביופילם של C. albicans בעכברים.
על מנת לאמת את הזיהום של רקמת עור העכבר באופן אינטואיטיבי יותר, בוצע ניתוח צביעה פריודטית של Sheff. הוא מזהה את הפחמימות של התאים הפטרייתיים, אשר נמצא בשימוש נפוץ במחקר קליני (איור 5)22. רקמת העור בקבוצת הבקרה והצנתר הרגילה הוכתמה באופן שלילי על ידי חומצה תקופתית שיף (PAS), אשר הצביעה על היעדר תאי C. albicans ברקמות. מספר קטן של תאי C. albicans חיוביים מוכתמים ב-PAS נצפו בקבוצת המודל, מה שמאמת עוד יותר את הסימולציה המוצלחת של פלישה והיצמדות הקשורות ל-C. albicans.
לאחר מכן, השינויים הפתולוגיים ברקמות העור של עכברים שנגרמו על ידי C. albicans הוערכו על ידי ניתוח היסטופתולוגי. כפי שניתן לראות באיור 622, שכבת האפידרמיס התעבתה באופן משמעותי והורחבה לחלק הפנימי של העור בקבוצת המודל. חדירת דלקת נראתה גם כן, מה שמצביע על כך שהזיהום של C. albicans גרם לשינויים פתולוגיים ברורים ברקמת העור של העכבר. שכבת האפידרמיס, שכבת הדרמיס, בלוטות החלב, זקיקי השיער ומבנים אחרים היו ברורים ושלמים בקבוצת הצנתר. לא נצפתה חדירת בצקת ודלקת, בדומה לקבוצת הביקורת הרגילה. תוצאות אלו הצביעו על כך שהחדרת הצנתר לבדה לא גרמה לשינויים ברורים ברקמת העור. השינויים הפתולוגיים ברקמות של קבוצת המודל נבעו מהזיהום שנגרם על ידי C. albicans. לסיכום, התוצאות מאששות את ההקמה המוצלחת של מודל עכבר CRI הקשור לביופילם C. albicans .
איור 1: אטלס פלסמיד pCaExp. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: סכמטי המראה את ההליך של מודל עכברי CRI הקשור ל-C.albicans. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: SEM על פני הצנתר בכל קבוצה. (A) קבוצת צנתרים; (B) קבוצת דגמים (1000x, סרגל קנה מידה = 50 מיקרומטר; 5000x, סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר). נתון זה שונה באישור Mo et al.22. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: מיקרוסקופ פלואורסצנטי של פני השטח של הצנתר בכל קבוצה. (A) קבוצת צנתרים; (B) קבוצת מודל (סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר). נתון זה שונה באישור Mo et al.22. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: צביעת H&E של העור האחורי של עכברים בכל קבוצה. (A) קבוצת צנתרים; (ב) קבוצת מודלים; (C) קבוצת ביקורת, (40x, סרגל קנה מידה = 400 מיקרומטר; 100x, סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר). נתון זה שונה באישור Mo et al.22. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: צביעת PAS של העור האחורי של עכברים בכל קבוצה. (A) קבוצת צנתרים; (ב) קבוצת מודלים; (C) קבוצת ביקורת, (40x, סרגל קנה מידה = 400 מיקרומטר; 100x, סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר). עיבוי והרחבה משמעותית של שכבת האפידרמיס לחלק הפנימי של העור ניתן לראות בקבוצת המודל (מלבנים אדומים). נתון זה שונה באישור Mo et al.22. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
CRI הוא אחד הזיהומים הנוזוקומיאליים הנפוצים ביותר בקליניקה23. פתוגנים בתוספות העור, כגון האפידרמיס, בלוטות החלב וזקיקי השיער, הם כולם גורמים אפשריים ל- CRI23,24. קנדידה הוא הפתוגן השלישי בגודלו הגורם ל- CRI, שבו קנדידה אלביקנס היה הסוג הנפוץ ביותר של זיהום ביופילם25,26. לכן, מטרתנו הייתה לבנות מודל רלוונטי לבעלי חיים של CRI הקשור לביופילם של קנדידה אלביקנס, כדי לתמוך בטיפול ובמניעה של CRI קשור.
כדי לבנות את מודל ה-CRI, נוספה כמות קטנה של C. albicans לעור הגבי של עכברים, המדמה את המצב הקליני שבו לא ניתן לחסל באופן מלא חלק מ-C. albicans ברקמות העמוקות ובתוספות העור על ידי עיקור שגרתי. לאחר השתלת הצנתר, C. albicans חוסן מחדש כדי לחקות את נוכחותו של C. albicans בסביבה החיצונית במהלך הניתוח.
במחקר זה נבחרה נקודת זמן של 3 ימים לבניית המודל, שהיא נמוכה מזו של המודלים המסורתיים של בעלי חיים הקשורים לביופילם C. albicans 18,27 בשל הקושי בהיווצרות הביופילם. לאחר ההדבקה, הידבקות C. albicans והיווצרות ביופילם נראו על פני הצנתר במודל זה, אשר הוכח על ידי תוצאות SEM ומיקרוסקופ פלואורסצנטי (איור 3 ואיור 4). ייתכן שהסיבה לכך היא שהריכוז של C. albicans במחקר זה היה 1 × 108 CFU/mL, שהיה גבוה בהרבה מזה של מודלים אחרים של בעלי חיים18,27. חוץ מזה, העור סביב הצנתר נמצא במגע מתמיד עם הסביבה החיצונית. כדי לדמות את הסביבה הקיצונית שבה CRI עשוי להיתקל, C. albicans חוסנו שוב לאחר הניתוח.
הישנות הזיהום נגרמת לעיתים קרובות על ידי פתוגנים שנשארים ברקמות הסובבות 23,28,29. לכן, נוכחות או היעדר פתוגנים ברקמות חשוב עבור CRI. במאמר זה, צביעת PAS בוצעה כדי לחקור את השאריות של C. albicans ברקמות העור. שיטה זו יכולה לשמש גם כדי להעריך את השפעת הסילוק של תרופות טיפוליות חדשות או שיטות עבור CRI.
לסיכום, זן קנדידה אלביקנס עם eGFP שימש לבניית מודל CRI של עכבר כדי להקל על התצפית האינטואיטיבית של התיישבות קנדידה אלביקנס על קטטרים. זן זה יכול לשמש גם להערכת האינטראקציה בין קנדידה אלביקנס לתאים מארחים, למשל, הפלישה וההיצמדות של קנדידה אלביקנס לפונדקאי, ההשפעה האנטי-קנדידה אלביקנס של טיפולים, והתגובה החיסונית. חוץ מזה, שיטת חיסון דו-שלבית שימשה להדמיית פתוגנים שמקורם בסביבה החיצונית ובגוף. ראוי לציין כי תרבית מיקרוביאלית לאחר ההדבקה לא נערך. נוכחותם של ביופילמים היא גורם חשוב ברגישות הנמוכה של תרביות 30,31,32. דיווחים קודמים מצביעים על כך שלתרבית מיקרוביאלית לאחר ההדבקה הייתה רגישות נמוכה, ספציפיות ודיוק 30,31,32,33,34. במקום זאת, נוכחות של ביופילמים על השתל היא מדד אמין יותר. לכן, SEM ומיקרוסקופ פלואורסצנטי שימשו במחקר זה כדי לדמיין ולזהות קנדידה אלביקנס היוצרים ביופילמים.
עם זאת, מודל זה לא דימה את האינטראקציה בין החסינות המוחלשת של המטופל לבין זיהום קנדידה אלביקנס שנצפה במרפאות. אם המודל יוכל לשקול את הטיפולים מדוכאי החיסון (כגון זריקות מתמשכות של גלוקוקורטיקואידים)35 לפני החיסון של קנדידה אלביקנס , ניתן יהיה לדמות טוב יותר זיהומים המתרחשים במצבים קליניים.
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים ידועים או קשרים אישיים שיכלו להשפיע לכאורה על העבודה המדווחת במאמר זה.
אנו אסירי תודה על התמיכה הכספית מהקרן למדעי הטבע של מחוז שאאנשי (מענק מספר 2021SF-118) ומהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מספרי מענק 81973409, 82204631).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.5 Mactutrius turbidibris | Shanghai Lujing Technology Co., Ltd | 5106063 | |
2.5% glutaraldehyde fixative solution | Xingzhi Biotechnology Co., Ltd | DF015 | |
4 °C refrigerator | Electrolux (China) Electric Co., Ltd | ESE6539TA | |
Agar | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-023 | |
Analytical balances | Shimadzu | ATX124 | |
Autoclaves Sterilizer | SANYO | MLS-3750 | |
Butanol | Tianjin Chemio Reagent Co., Ltd | 200-889-7 | |
Carbenicillin | Amresco | C0885 | |
Eclipse Ci Nikon upright optical microscope | Nikon | Eclipse Ts2-FL | |
Glucose | Macklin | D823520 | |
Inoculation ring | Thermo Scientific | 251586 | |
Isoflurane | RWD | 20210103 | |
Paraformaldehyde | Beyotime Biotechnology | P0099 | |
PAS dye kit | Servicebio | G1285 | |
Peptone | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-001 | |
Polyethylene catheter | Shining Plastic Mall | PE100 | |
RWD R550 multi-channel small animal anesthesia machine | RWD | R550 | |
SEM | Hitachi | TM-1000 | |
Temperature incubator | Shanghai Zhichu Instrument Co., Ltd | ZQTY-50N | |
Ultrapure water water generator | Heal Force | NW20VF | |
Ultrasound machine | Do-Chrom | DS10260D | |
Xylene | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10023428 | |
Yeast extract | Thermo Scientific Oxoid | LP0021B |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved