Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
İmmün yetersiz farelerde kronik yara enfeksiyonları oluşturmak için gecikmiş bir aşılama protokolünü tanımladık.
Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa),özellikle diyabetik ve hastanede yatan hastalarda kronik yara enfeksiyonlarının belirlenmesinde, insan sağlığı ve hastalığı ile olan alakadüzeyinin giderek artan önemli bir nosokomiyal patojenidir. Yara patogenezinin araştırılmasına ve bu patojene karşı yeni tedavilerin geliştirilmesine yardımcı olmak için kronik enfeksiyon modellerine acil ihtiyaç vardır. Burada, tam kalınlıkta eksizyonel yaralanmadan 24 saat sonra gecikmiş aşı kullanan bir protokol açıklıyoruz. Şu anda mevcut olan geçici yara matrisinin enfeksiyonu, enfeksiyonun hızlı bir şekilde temizlenmesini veya yayılmasını engeller ve bunun yerine yabancı maddelerin implantasyonuna veya immün baskılanmasına gerek kalmadan 7-10 gün süren kronik enfeksiyon oluşturur. Bu protokol insanlarda ameliyat sonrası enfeksiyonun tipik bir temporal seyrini taklit eder. Bir Parlak P. aeruginosa suşu kullanımı (PAO1:lux) P. aeruginosa yara enfeksiyonları için bakteriyel yükün kantitatif günlük değerlendirme sağlar. Bu yeni model bakteriyel patogenezin araştırılmasında ve kronik P. aeruginosa yara enfeksiyonları için yeni tedavilerin geliştirilmesinde yararlı bir araç olabilir.
Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa)insan sağlığı ve hastalığı ile artan alaka ile gram-negatif çubuk şeklinde bir bakteridir. Nosokomial ortamlarda, özellikle immünazasyonsuz hastalarda yara enfeksiyonlarını içeren geniş morbidite ve mortaliteden sorumludur1,2. Bu patojenin çoklu ilaca dirençli suşlarının ortaya çıkması P. aeruginosa virülans, P. aeruginosa antibiyotik direnci mekanizmaları ve bu ölümcül enfeksiyonun önlenmesi ve tedavisi için yeni yöntemler katkıda bulunan faktörlerin araştırılması için daha fazla ivme sağlamıştır3. Bu nedenle, bu araştırma soruları araştırmak için araç olarak kronik yara enfeksiyonu hayvan modelleri için ihtiyaç daha büyük olmamıştı.
Ne yazık ki, P. aeruginosa enfeksiyonu birçok hayvan modelleri yeterli bu enfeksiyonların oftentimes kronik doğasını taklit etmez sepsis4,5nedeniyle enfeksiyon veya hızlı düşüş hızlı çözünürlüğü ile akut enfeksiyon simüle eğilimindedir. Bu dezavantajı gidermek için, bazı modeller agar boncuk, silikon implantlar veya aljinat jeller6,7,8gibi yabancı cisimlerin implantasyonu kullanmak. Diğer modeller ileri yaş, obezite veya diyabet nedeniyle bağışıklık veya siklofosfamid kaynaklı nötropeni9,10,11,12gibi farmakolojik yollarla bağışıklık bozulan fareler kullanın. Ancak, yabancı maddelerin kullanımı ya da bağışıklık bozulmuş konaklar büyük olasılıkla yerel inflamatuar süreci değiştirir, zor aksi normal bağışıklık sistemleri ile konaklarda kronik yara enfeksiyonları dahil patofizyolojisi bir anlayış kazanmak için yapım.
Farelerde eksizyonel yarası sonrası bakterilerle gecikmiş aşılama içeren kronik bir P. aeruginosa yara enfeksiyonu modeli geliştirdik. Gecikmiş aşılama, en az 7 güne kadar uzanan bakteriyel yükü değerlendiren deneylere olanak sağlar. Bu model hem patogenezi hem de P. aeruginosa kronik enfeksiyonların yeni tedavileri için yeni fırsatlar sunmaktadır.
Burada açıklanan tüm yöntemler Stanford Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır.
1. Bakterilerin hazırlanması ve büyümesi
2. Prosedür hazırlığı
3. Epilasyon
4. Tam kalınlıkta eksizyonel yara cerrahisi
5. P. aeruginosa ile aşılama
6. Enfekte yaraların in vivo görüntüleme
7. Postoperatif yönetim
8. Yara eksizyonu
LuxABCDE muhabir sistemini (PAO1:lux) kodlayan bir plazmid ile PAO1'in parlak bir suşını kullanarak, farelerde eksizyonel yaralar uyguladık, bu yaraları planktonik P. aeruginosa 24 saat sonra aşıladık ve zaman içinde ölçülen bakteriyel yükü(Şekil 1 ve Şekil 2). Görüntüleme optik sistemi kullanılarak elde edilen temsili bir görüntü, bu modelin saptanabilir parlaklıkla sonuçverdiğini göstermektedir(Şekil 3A). Enfeksiyon 3 aşılama sonrası günde doruğa ulaştı ve hem biyolüminesans hem de koloni sayılarını temel alan 7 gün post-inoulation devam etti(Şekil 3B–C). Bu modeli kullanarak, bakterilerin suşve fare arka plan bağlı olarak 7-10 ays kalıcı yaralar üretmek edebiliyoruz. Yarada izole edilen bakterilerin kültürü, ölçülen CFU/yaranın saptanan lüminesans ile ilişkili olduğunu göstermiştir (Şekil 3D). Son olarak, kanıtlanabilir ve ölçülebilir P. aeruginosa enfeksiyonuna rağmen, fareler en az 7 gün hayatta kaldı. Enfeksiyondan hemen sonra ilk hızlı kilo kaybı olmasına rağmen, tuzlu enjeksiyonlar ve ek beslenme kilonun geri lanmasıyla sonuçlanmıştır(Şekil 3E). Son olarak, yaraların %50'sinin PAO1 ile sürdürülebilir bir şekilde enfekte olacağı aşılama dozunun hesaplandı. Hesaplanan IC50 değeri ~7.7 x 102 CFU/mL idi. 104 CFU/mL'den yüksek dozlar %100 enfeksiyon oranına yol açmıştır(Şekil 3F). Bu sonuçlar daha önce yayınlanmış verilerden uyarlanmıştır13.
Şekil 1: Biyolüminesans P. aeruginosaile gecikmiş inogülasyon ile eksizyonel tam kalınlıkta yara enfeksiyonu modelini gösteren şematik. Streak PAO1:lux gün -2. Gün -1 bir koloni seçin ve LB suyu gecede büyümek. Eksizyonel yara ameliyatLarını -1. 0. günde, şeffaf film pansumanı ile yara yatağına enjekte ederek PAO1:lux ile aşılama. Aşılama sonrası biyolüminesans görüntüleme yapın. 7-10 gün boyunca günlük olarak sık sık görüntüleme tekrarlayın. 7-10. günde hayvanları kurban edin ve yaralarını hasat edin. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Eksizyonel yara cerrahisi şeması. Epilasyon ve alkol ve betadin ile cildin sterilizasyonu sonra, sol ve sağ dorsum epidermisin yoluyla bir ilk kesi yapmak için 6 mm biyopsi yumruk kullanın. Dermal ve epidermal tabakaları kaldırmak için makas ve forceps kullanın. PBS ile yıkayın. Açık bir pansuman ile kaplayın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: P. aeruginosa yara enfeksiyonu 7 günlük enfeksiyon ile saptanabilir. (A) EKSIZYonel yaralar üzerinde biyolüminesans kaplama ile PAO1:lux ile enfekte bir farenin temsili görüntü. (B) Yara nın bakteriyel yükünü yansıtan Parlak sinyal. N = 6 yara. Aşılama: 105 CFU/mL PAO1. (C) In vivo lüminesans sinyal ve PAO1 bakteriyel CFU lineer regresyon analizi:lux-enfekte yaralar, toplanan 4-7 gün post-inoulation ile 105 CFU/mL bakteriyel yükler bir dizi sağlamak için. (D) 105 CFU/mL PAO1:lux ile enfekte farelerde zaman içinde CFU/yarabakteriyel yük. (E) Ağırlık değişimi (T = -1) N = 4 fare/grup üzerinde yara eksizyonu ameliyatı öncesi kiloya göre. Tasvir 5-95 yüzdelik için boxplots vardır. İstatistikler Sidak çoklu karşılaştırma ile düzeltilmiş iki yönlü ANOVA vardır. (F) PaO1 için IC50'nin aşılanma dan sonra üç gün hesaplanmasında kullanılan yara enfeksiyonu oranının doğrusal olmayan regresyon analizi. Tüm grafikler n≥3 deneylerini temsil eder. Bu rakam Sweere ve ark. 201913'tendeğiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Biz yeni bir gecikmiş inoülsülasyon P. aeruginosa yara enfeksiyonu modeli geliştirdik. Eksizyoniyal yarası sonrası bakterilerle aşılamayı 24 saate kadar geciktirme stratejisi, yara enfeksiyonlarının 1 haftalık bir zaman dilimi içinde değerlendirilmesini sağlar. P. aeruginosabir Parlak suşu kullanarak , enfeksiyon ders boyunca enfeksiyon ilerlemesini izlemek mümkündür. Diğer P. aeruginosa enfeksiyon modellerine göre enfeksiyonun uzun seyri, ev sahibi-patojen etkileşimlerini ve P. aeruginosa yara enfeksiyonlarını hedefleyen yeni tedavileri incelemek için yeni fırsatlar sağlayacaktır. Örneğin, biz zaten P. aeruginosa konak bağışıklık sistemi kaçınmak için izin veren bir antiviral bağışıklık yanıtı uyarıcı Pf bakteriyofaj rolünü göstermek için bu modeli kullandık14.
Eksizyonel yara cerrahisi ile bakteriyel aşılama arasında 24 saat iyileşme süresinin dahil edilmesi bu yara enfeksiyonu modelinde kritik bir adımdır. Bu hayvanlar muhtemelen en az 7 gün boyunca hayatta kalmak için yeteneklerini bir rol oynar enfekte olmadan önce yara ameliyatı kurtarmak için izin verir. Ayrıca, aşılama dan önce geçici bir yara matrisinin oluşumunu destekler, bu da şeffaf film pansumanı ile birlikte biyofilm oluşumuna elverişli bir ortam sağlar. Bu modelin geliştirilmesi sırasında yaralama ve aşılama arasındaki farklı zaman miktarlarını araştıran bir dizi keşif deneyi gerçekleştirdik. Deneyimlerimize göre, yaradan sonra hemen aşılama genellikle sepsis ve ölümle sonuçlanır. Tam tersine, 48 saat ve daha sonraki zaman noktalarında aşılama fareler ve aynı faredeki yaralar arasında kabul edilemez heterojenlik düzeylerine yol açtı. Şekil 3A'dagörüldüğü gibi, 24 saat gecikmiş aşılamada bile enfekte yaraların bakteriyel yükünde beklenen heterojenite bir dereceye kadar olabilir. Bunu telafi etmenin bir yolu her deneyde birden fazla hayvan kullanmaktır.
Bu protokolün benzersiz bir yönü, diğer bazı yara modellerinde olduğu gibi, iki çift taraflı yara oluşturmak için ileridoğru deri katlayıp delmek yerine bağımsız olarak iki yaranın eksizyonudur. Bu katlama yönteminin temiz kenar boşlukları ile simetrik yaralar üretmek için de etkili olduğunu bulduk. Ancak, bu şekilde tedavi fareler genellikle bakteri aşılama sonra hızlı bir şekilde septik oldu ve öldü. Biz bu katlama yöntemi dermal Panniculus carnosus kaldırır çünkü bu olabilir inanıyoruz - insanlarda mevcut olmayan farelerin deri altında yatan kas ince bir tabaka. Bu bariyerin bakteriyel yayılmasını önlemeye yardımcı olabileceğini düşünüyoruz.
Bu protokolün önemli bir bileşeni cerrahi bölgeden yeterli epilasyondur, çünkü aşırı saç lar süperenfeksiyon için bir nidus sağlayabilir ve şeffaf film pansumanı ile müdahale eder. Biz epilasyon kremi ek olarak tıraş minimal cilt tahrişi ile optimum epilasyon sağlar bulduk, iyice ılık su ile krem yıkama hala önemli olmasına rağmen.
Bir diğer integral faktör de postcerrahi ve enfeksiyon kursunun ilk birkaç gününde beslenme desteği, hidrasyon ve ağrı kontrolüdür. Bunu gidermek için, 1 ve 0. Biz de eksizyonel yara cerrahisi sırasında bir multivitamin ve kalorisıvı jel takviyesi kaynağı. Şekil 3 E'degösterildiği gibi, bu önlemler 3. Analjezi ile ilgili olarak, eksizyonel yara cerrahisi öncesinde verilen 0.5 mg/kg buprenorfinin 72 saat için yeterli ağrı kontrolü sağladığını, ancak herhangi bir faredeki sıkıntı bulgularına bağlı olarak ek dozlar verilebildiği bulunmuştur.
P. aeruginosa yara enfeksiyonu 7-10 gün uzanan bir model enfeksiyon daha akut modeller üzerinde önemli bir avantaj olmasına rağmen, bu hala daha kronik enfeksiyonlar içeren bazı araştırma sorularını cevaplamak için yeterli olmayabilir. Bu sınırlamanın bir nedeni, PAO1:lux p. aeruginosa suşunun 2-3 gün içinde zirveyaptığı parlak sinyaldir(Şekil 3B). ~ 7 gün sonra luciferase sinyal güvenilmez olabilir. Bu nedenle, deney sonunda her yaranın enfeksiyonunu doğrulamak için LB plakaları üzerinde yara atıksu kaplama ve CPU sayma ile bakterileri ölçüyor. Bu modelin bir diğer olası dezavantajı, bazı laboratuvarların erişemeyebilecek bir in vivo görüntüleme sistemi gereksinimidir. Bu engeletrafında bir yolu olmayan Parlak yabani tip bakteriyel suşları kullanmaktır. Bu hala araştırmacı nın bu kronik enfeksiyon modelinden yararlanmasını sağlar ve yukarıda da belirtildiği gibi, bakteriler Cpu'lar deneyin sonunda ölçülebilir.
Biz deneyler 7-10 gün e kadar uzanan sağlayan gecikmiş inoülsülasyon P. aeruginosa yara enfeksiyonu yeni bir model tarif ettik. Bu model P. aeruginosaile konak-patojen etkileşimi değerlendirmek için yararlı bir araç olarak hizmet verecek , yanı sıra yeni tedavilerin geliştirilmesi. Bu model birden fazla gelecek yönleri için potansiyele sahiptir, Staphylococcus aureusgibi diğer yara patojenleri için adaptasyon dahil , yanı sıra p. aeruginosa diğer patojenler ile birlikte dahil olmak üzere polimikrobiyal enfeksiyonlar.
Yazarların ifşa etmek için hiçbir rakip mali çıkarları var.
pUT-Tn5-EM7-lux-Km1 parlak yapı vektörj Hardy zarif bir hediye oldu. Şemalar BioRender.com ile oluşturuldu. G. Gurtner'ın laboratuvarına yara enfeksiyonu modeli hakkındaki tavsiyelerinden dolayı teşekkür ederiz. Ayrıca Stanford In Vivo Imaging Yenilik Merkezi'nden T. Doyle'a teknik uzmanlığı için teşekkür ederiz. Bu çalışma R21AI133370, R21AI133240, R01AI12492093 hibeleri ile desteklenmiş ve Stanford SPARK, Falk Medical Research Trust ve Kistik Fibrozis Vakfı'ndan (CFF) P.L.B. C.R.D.'ye verilen hibeler T32AI007502 tarafından desteklenmiştir. Gabilan Stanford Bilim ve Mühendislik Yüksek Lisans Bursu ve Lubert Stryer Bio-X Stanford Disiplinlerarası Yüksek Lisans Bursu J.M.S. tarafından desteklendi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Sodium Chloride injection | Hospira | 2484457 | |
18 G x 1 sterile needle | BD | 305195 | |
25 G x 1 1/5 sterile needle | BD | 305127 | |
Alcohol swab | BD | 326895 | |
Aura Imaging Software | Spectral Instruments Imaging | n/a | |
Betadine | Purdue Frederick Company | 19-065534 | |
Buprenorphine SR LAB | Zoopharm | n/a | |
C57BL/6J male mice | The Jackson Laboratory | 000664 | |
Disposable biopsy punch, 6mm | Integra | 33-36 | |
Fine scissors - Tungsten Carbide | Fine Science Tools | 14568-09 | |
Glass Bead Dry Sterilizer | Harvard Apparatus | 61-0183 | |
Granulated Agar | Fisher BioReagents | BP9744 | |
Heating Pad | Milliard | 804879481218 | |
Insulin syringe with 28 G needle | BD | 329461 | |
Lago X Imaging System | Spectral Instruments Imaging | n/a | |
LB broth | Fisher BioReagents | BP1426 | |
Leur-Lok 1 mL syringe | BD | 309628 | |
Mini Arco Animal Trimmer | Wahl Professional | 919152 | |
Nair Hair Removal Lotion with Baby Oil | Church and Dwight | n/a | Available at any pharmacy |
Octagon Forceps | Fine Science Tools | 11041-08 | |
Petri dish | Falcon | 351029 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) 1x | Corning | 21-040-CV | |
Press and Seal Cling Wrap | Glad | n/a | |
SafetyGlide Insulin syringe with 30 G needle | BD | 305934 | |
Safetyglide Insulin syringe, 1/2 mL, 30 G x 5/16 TW | BD | 305934 | |
Scale | Ohaus Scout Pro | SP202 | |
Supplical Nutritional Supplement | Henry Schein Animal Health | 29908 | |
Tegaderm, 6 cm x 7 cm | 3M | 1624W |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır