Method Article
Kateter üzerinde biyofilmin oluştuğu ve C.albicans ile konakçı arasındaki etkileşimin klinik CRI ile iyi korelasyon gösterdiği C.albicans ile ilişkili kateterle ilişkili enfeksiyonun (CRI) bir fare modelini oluşturduk. Bu model, C.albicans biyofilmle ilişkili CRI için tarama tedavilerine yardımcı olarak klinik dönüşüm için bir temel oluşturur.
Kateter ilişkili enfeksiyon (CRI), kateter implantasyonu sırasında candida albicans'ın neden olduğu yaygın bir nozokomiyal enfeksiyondur. Tipik olarak, kateterin dış yüzeyinde biyofilmler oluşur ve hastalar için ölümcül olan yaygın enfeksiyonlara yol açar. Kliniklerde etkili bir önleme ve tedavi yönetimi yoktur. Bu nedenle, önlenmesi ve tedavisi için yeni stratejilerin klinik öncesi taranması için bir CRI hayvan modeli oluşturmak acildir. Bu çalışmada, yaygın olarak kullanılan bir tıbbi kateter olan polietilen kateter, epilasyondan sonra BALB/c farelerinin arkasına yerleştirildi. Candida albicans Gelişmiş yeşil floresan proteini eksprese eden ATCC MYA-2876 (SC5314) daha sonra kateter boyunca cildin yüzeyine aşılandı. 3 gün sonra floresan mikroskop altında kateter yüzeyinde yoğun floresan gözlendi. Taramalı elektron mikroskobu ile kateterin yüzeyinde olgun ve kalın biyofilmler bulundu. Bu sonuçlar, kateter yüzeyinde candida albicans'ın adezyonunu, kolonizasyonunu ve biyofilm oluşumunu gösterdi. Epidermisin hiperplazisi ve deri örneklerinde inflamatuar hücrelerin infiltrasyonu, CRI ile ilişkili derinin histopatolojik değişikliklerini gösterdi. Özetlemek gerekirse, bir fare CRI modeli başarıyla kuruldu. Bu modelin, candida albicans ilişkili CRI için terapötik yönetimin araştırılması ve geliştirilmesinde yardımcı olması beklenmektedir.
Son yıllarda biyomedikal materyallerin gelişmesi ve uygulanması ile implant ilişkili enfeksiyonlar zor klinik problemler olarak karşımıza çıkmaktadır 1,2. Kliniklerde tıbbi kateterlerin yaygın olarak uygulanmasıyla, ilgili enfeksiyon ve ölümlerin sayısı her yılçok fazladır 3,4. Kateterle ilişkili bir enfeksiyonun (CRI) yaygın enfeksiyon yolları şunları içerir: (1) cilt yüzeyindeki patojenler vücuda sızar ve kateterin dış yüzeyine yapışır 5,6,7; (2) uygun olmayan aseptik operasyondan türetilen patojenler kateteri istila eder, yapışır ve kolonize olur; (3) kan dolaşımındaki patojenler katetere yapışır ve kolonize olur; (4) patojenik mikroorganizma ile kontamine olmuş ilaçlar.
Candida, CRI 8,9'un üçüncü en yaygın nedenidir. İmplant yüzeyinde biyofilmler oluştuktan sonra kan dolaşımı enfeksiyonuna ve diğer hayatı tehdit eden invaziv kandidiyazise neden olma olasılığı çok yüksektir. Prognoz kötüdür ve mortalite oranı yüksektir2. Santral venöz yerleştirildikten sonra 2 hafta içinde kateter yüzeyinde, birkaç hafta sonra ise kateter lümeninde biyofilm oluştuğu bildirilmektedir10,11.
Tıbbi kateterler üzerinde oluşan Candida albicans (C. albicans) biyofilmleri maya, stroma ve miselyumdan oluşan çift katmanlı bir ağ sergiler12,13. C. albicans biyofilmlerinin oluşumu sadece ilaç direnci ve bağışıklıktan kaçınma13 için bir anahtar değil, aynı zamanda daha fazla hematojen enfeksiyona 2,12 yol açan ve daha ciddi ve hatta yaşamı tehdit eden sonuçlara yol açan yayılmış sporların üretilmesi için hayati önem taşır. C. albicans ile ilişkili CRI, klinik fungal kan dolaşımı enfeksiyonlarının önemli bir nedenidir 7,14 ve santral venöz kateterde C. albicans enfeksiyonu olan hastaların %40'ından fazlası bakteriyemiyedönüşecektir 15.
Amerika Enfeksiyon Hastalıkları Derneği'ne göre, Candida CRI'nin önerilen tedavisi şunları içerir: (1) enfekte kateterin çıkarılması; (2) hastaları 14 günlük sistemik antifungal tedaviye tabi tutmak8; (3) yeni bir kateterin yeniden yerleştirilmesi4. Ancak klinik uygulamalarda kateterler bazen tam olarak çıkarılamamaktadır. Bazı hastalar sadece sistemik antibiyotikler ve antimikrobiyal kilit tedavisi ile tedavi edilebilir ve güçlü yan etkiler eşlik eder16,17.
Orofaringeal kandidiyazis modeli, vajinal kandidiyazis modeli ve kandidiyazisin neden olduğu invaziv sistemik enfeksiyon modeli gibi C. albicans 18,19 klinik CRI ile iyi korelasyon gösterememektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, farelerde C. albicans ile ilişkili bir CRI modeli oluşturulmuştur. Klinik olarak yaygın olarak kullanılan polietilen kateterler subkutan implantlarolarak kullanıldı 20,21 ve C. albicans'ın tıbbi kateterlere yapışmasını ve biyofilm oluşumunu simüle etmek için cilt yüzeyine C. albicans aşılandı.
Bu model, farklı terapötiklerin anti-biyofilm etkisini taramak için laboratuvarımızda başarıyla kullanılmıştır22. Ek olarak, kateter enfeksiyonundan sonra C. albicans'ın gecikme tespiti nedeniyle, implante edilen kateter üzerindeki C . albicans kolonilerinin ve biyofilmlerinin sezgisel gözlemini kolaylaştırmak için farelerde gelişmiş yeşil floresan proteini (EGFP) içeren bir C . albicans suşu oluşturuldu ve aşılandı.
Deney hayvanları, erkek BALB/c fareleri (12-16 g), Xi'an Jiaotong Üniversitesi Sağlık Bilimleri Merkezi, Laboratuvar Hayvanları Merkezi'nden satın alındı. Tüm prosedürler, SCXK (Shaanxi) 2021-103 lisans numarası ile Xi'an Jiaotong Üniversitesi Kurumsal Hayvan Etik Komitesi tarafından onaylandı.
1. Tampon ve ekipman hazırlığı
2. Bir fare CRI modelinin oluşturulması
NOT: Cerrahi prosedür Şekil 2'de gösterilmiştir.
3. CRI modelinin değerlendirilmesi
Kateterler üzerindeki C. albicans ve biyofilmler SEM tarafından izlenebildi. Şekil 322'de görüldüğü gibi, kateter grubundaki polietilen kateterlerin yüzeyi pürüzsüzdü ve yapışmış patojen mikroorganizma gözlenmedi. Bununla birlikte, model grubundaki polietilen kateterlerin yüzeyinde olgun ve yoğun C. albicans biyofilmleri görüldü, bu da C. albicans'ın deney koşulları altında farelerde kateter yüzeyinde başarılı bir şekilde kolonize olabileceğini ve biyofilmler oluşturabileceğini gösterdi. Ayrıca, floresan mikroskobu sonuçları daha da doğrulamıştır (Şekil 4)22. Kateter grubunda polietilen kateterlerin yüzeyinde belirgin bir floresan yoktu. Bununla birlikte, yapışık C. albicans hücreleri tarafından yayılan güçlü floresan, model grubundaki kateter yüzeyinde görüldü. Bu, çok sayıda C. albicans hücresinin kateterlerin yüzeyine yapıştığını gösterdi ve bu da farelerde C. albicans biyofilm ile ilişkili CRI modellerinin başarılı bir şekilde oluşturulduğunu gösterdi.
Fare cilt dokusunun enfeksiyonunu daha sezgisel olarak doğrulamak için Sheff Periodate boyama analizi yapıldı. Klinik araştırmalarda yaygın olarak kullanılan mantar hücrelerinin karbonhidratlarını tespit eder (Şekil 5)22. Normal kontrol ve kateter grubundaki deri dokusu, dokularda C. albicans hücrelerinin yokluğunu gösteren periyodik asit-Schiff (PAS) ile negatif olarak boyandı. Model grubunda az sayıda pozitif PAS ile boyanmış C. albicans hücresi gözlendi ve bu da C. albicans ile ilişkili invazyon ve adezyonun başarılı simülasyonunu doğruladı.
Daha sonra, C. albicans tarafından indüklenen fare cilt dokularındaki patolojik değişiklikler histopatolojik analiz ile değerlendirildi. Şekil 622'de gösterildiği gibi, model grubunda epidermis tabakası önemli ölçüde kalınlaşmış ve derinin iç kısmına kadar uzanmıştır. Enflamasyon infiltrasyonu da görülebiliyordu, bu da C. albicans enfeksiyonunun fare cilt dokusunda belirgin patolojik değişikliklere neden olduğunu gösteriyordu. Kateter grubunda epidermis tabakası, dermis tabakası, yağ bezleri, kıl folikülleri ve diğer yapılar berrak ve eksiksizdi. Normal kontrol grubuna benzer şekilde ödem ve inflamasyon infiltrasyonu gözlenmedi. Bu sonuçlar, kateterin tek başına yerleştirilmesinin cilt dokusunda belirgin değişikliklere neden olmadığını gösterdi. Model grubunun dokularındaki patolojik değişiklikler, C. albicans'ın neden olduğu enfeksiyondan kaynaklandı. Özetle, sonuçlar, C. albicans biyofilmi ile ilişkili bir CRI fare modelinin başarılı bir şekilde kurulduğunu doğrulamaktadır.
Şekil 1: pCaExp plazmid atlası. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: C.albicans ile ilişkili CRI fare modelinin prosedürünü gösteren şematik. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Her grupta kateterin yüzeyindeki SEM. (A) Kateter grubu; (B) Model grubu (1000x, ölçek çubuğu = 50 μm; 5000x, ölçek çubuğu = 10 μm). Bu rakam Mo ve ark.22'nin izniyle değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Her grupta kateter yüzeyi floresan mikroskobu. (A) Kateter grubu; (B) Model grubu (ölçek çubuğu = 100 μm). Bu rakam Mo ve ark.22'nin izniyle değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Her gruptaki farelerin arka derisinin H&E boyaması. (A) Kateter grubu; (B) Model grubu; (C) Kontrol grubu, (40x, ölçek çubuğu = 400 μm; 100x, ölçek çubuğu = 200 μm). Bu rakam Mo ve ark.22'nin izniyle değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Her gruptaki farelerin arka derisinin PAS boyaması. (A) Kateter grubu; (B) Model grubu; (C) Kontrol grubu, (40x, ölçek çubuğu = 400 μm; 100x, ölçek çubuğu = 200 μm). Model grubunda (kırmızı dikdörtgenler) epidermis tabakasının derinin iç kısmına doğru belirgin kalınlaşma ve genişleme görülebilir. Bu rakam Mo ve ark.22'nin izniyle değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
CRI, klinik pratikte en sık görülen nozokomiyal enfeksiyonlardan biridir23. Epidermis, yağ bezleri ve saç folikülleri gibi cilt uzantılarındaki patojenlerin tümü CRI 23,24'ün olası nedenleridir. Candida, CRI'ye neden olan üçüncü en büyük patojendir ve Candida albicans en yaygın biyofilm enfeksiyonu tipidir25,26. Bu nedenle, ilgili CRI'nin tedavisini ve önlenmesini desteklemek için Candida albicans biyofilm ile ilişkili CRI'nin ilgili bir hayvan modelini oluşturmayı amaçladık.
CRI modelini oluşturmak için, farelerin dorsal derisine az miktarda C. albicans eklendi, bu da C. albicans'ın bir kısmının rutin sterilizasyon ile cildin derin dokularında ve uzantılarında tamamen yok edilemediği klinik durumu simüle etti. Kateterin implantasyonundan sonra, C. albicans ameliyat sırasında dış ortamda C. albicans varlığını taklit etmek için yeniden aşılandı.
Bu çalışmada, model yapımı için biyofilm oluşumundaki zorluk nedeniyle geleneksel C. albicans biyofilm ile ilişkili hayvan modellerinden18,27 daha düşük olan 3 günlük bir zaman noktası seçilmiştir. Bu modelde enfeksiyon sonrası kateter yüzeyinde C. albicans adezyonu ve biyofilm oluşumu görülmüş, SEM ve floresan mikroskobu sonuçları ile kanıtlanmıştır (Şekil 3 ve Şekil 4). Bunun nedeni, bu çalışmada C. albicans konsantrasyonunun 1 × 108 CFU/mL olması ve diğer hayvan modellerinden çok daha yüksek olmasıolabilir 18,27. Ayrıca kateter çevresindeki deri dış ortamla sürekli temas halindedir. CRI'nin karşılaşabileceği aşırı ortamları simüle etmek için, C. albicans ameliyattan sonra tekrar aşılandı.
Enfeksiyonun nüksü genellikle çevre dokularda kalan patojenlerden kaynaklanır 23,28,29. Bu nedenle, dokularda patojenlerin varlığı veya yokluğu CRI için önemlidir. Bu yazıda, cilt dokularında C. albicans kalıntılarını araştırmak için PAS boyaması yapılmıştır. Bu yöntem aynı zamanda yeni terapötik ilaçların veya CRI için yöntemlerin klirens etkisini değerlendirmek için de kullanılabilir.
Sonuç olarak, kateterler üzerinde Candida albicans kolonizasyonunun sezgisel gözlemini kolaylaştırmak için bir fare CRI modeli oluşturmak için eGFP'li bir Candida albicans suşu kullanıldı. Bu suş aynı zamanda Candida albicans ve konakçı hücreler arasındaki etkileşimi, örneğin Candida albicans'ın konakçıya istilası ve yapışması, terapötiklerin anti-Candida albicans etkisi ve bağışıklık tepkisini değerlendirmek için de kullanılabilir. Ayrıca, dış ortamdan ve vücuttan elde edilen patojenleri simüle etmek için iki aşamalı bir aşılama yöntemi kullanılmıştır. Enfeksiyondan sonra sonraki mikrobiyal kültürün yapılmadığını belirtmek gerekir. Biyofilmlerin varlığı, kültürlerin düşük duyarlılığında önemli bir faktördür 30,31,32. Önceki raporlar, enfeksiyon sonrası mikrobiyal kültürün düşük duyarlılık, özgüllük ve doğruluğa sahip olduğunu göstermektedir 30,31,32,33,34. Bunun yerine, implant üzerinde biyofilm varlığı daha güvenilir bir indekstir. Bu nedenle, bu çalışmada biyofilm oluşturan Candida albicans'ı görselleştirmek ve tanımlamak için SEM ve floresan mikroskobu kullanılmıştır.
Bununla birlikte, bu model, hastanın zayıflamış bağışıklığı ile kliniklerde gözlenen Candida albicans enfeksiyonu arasındaki etkileşimi simüle etmedi. Model, Candida albicans aşılamasından önce bağışıklığı baskılanmış tedavileri (sürekli glukokortikoid enjeksiyonları gibi)35 düşünebilseydi, klinik durumlarda meydana gelen enfeksiyonları daha iyi simüle etmek mümkün olurdu.
Yazarlar, bu yazıda bildirilen çalışmayı etkilemiş gibi görünebilecek bilinen hiçbir rakip mali çıkarları veya kişisel ilişkileri olmadığını beyan ederler.
Shaanxi Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı'ndan (hibe numarası 2021SF-118) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'ndan (hibe numaraları 81973409, 82204631) gelen mali destek için minnettarız.
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 |
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