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Immunology and Infection

Prevención de Estrés Térmico efectos adversos en ratas Published: July 11, 2016 doi: 10.3791/54122

Abstract

Este estudio fue diseñado para evaluar el efecto protector de la cepa de Bacillus subtilis contra las complicaciones relacionadas con el estrés por calor. Treinta y dos ratas Sprague-Dawley se utilizaron en este estudio. Los animales se trataron por vía oral dos veces al día durante dos días con B. subtilis cepa BSB3 o PBS. El día siguiente después del último tratamiento, cada grupo se dividió y se colocaron dos grupos experimentales (uno tratado con PBS y uno tratado con B. subtilis) a 45 ° C durante 25 min. Dos grupos de control permanecieron durante 25 min a temperatura ambiente. Todas las ratas se sacrificaron y los diferentes parámetros se analizaron en todos los grupos. Los efectos adversos del estrés por calor son registrados por la disminución de la altura de las vellosidades y el grosor total de la mucosa en el epitelio intestinal; translocación de bacterias desde el lumen; aumento de la vesiculación de los eritrocitos y la elevación de los lipopolisacáridos (LPS) el nivel en la sangre. La eficacia protectora de tratamiento se evaluó por prevención de estos efectos secundarios. El protocolo se creó para el tratamiento oral de ratas con bacterias para la prevención de complicaciones de estrés térmico, pero este protocolo puede ser modificado y utilizado para otras vías de administración y para el análisis de diferentes compuestos.

Protocol

Todos los procedimientos experimentales fueron aprobados por el IACUC de la Universidad de Auburn, Auburn, Alabama.

1. Preparación de medios de cultivo, platos y Cultura bacteriana

  1. Inocular 10 ml de caldo nutritivo en un matraz con una sola colonia de la cultura BSB3 Bacillus subtilis, que se cultiva durante la noche en una placa de agar nutriente.
  2. Hacer 500 ml de medio de esporulación 19 (por litro: Bacto Nutrient Broth, 8 g; 10% (w / v) de KCl, 10 ml; 1,2% (w / v) MgSO4 x 7H 2 O, 10 ml; agar, 15 g) y autoclave a 121 ° C durante 20 min. Dejar enfriar a 50 ° C y añadir las siguientes soluciones estériles: 1 M de Ca (NO3) 2, 1 ml; 0,01 M MnCl 2, 1 ml; 1 mM de FeSO 4, 1 ml.
  3. Medio preparado Enfriar a 40 ° C durante 20 min a temperatura ambiente y verter 25 ml en cada una de 20 placas de Petri estériles en el gabinete estéril. Deje que el medio solidifique durante la noche.
  4. Difundir 0,5 ml de cultivo de una noche de Bacillus subtilis BSB3 sobre la superficie del medio en las placas de Petri. Incubar cultivo a 37 ° C durante 5 días hasta el 90% de esporulación. Revelar esporas de fase brillante de alta resolución de la microscopía.
  5. bacterias de la cosecha mediante la adición de 1 ml de solución salina tamponada con fosfato estéril (PBS) a la placa y el raspado bacterias de una superficie usando un esparcidor de células estériles. Guarde la suspensión en el refrigerador hasta que sea necesario.
  6. Confirmar viabilidad de las bacterias en placas 0,1 ml de la dilución apropiada (10 -5-10 -6) de una suspensión bacteriana en placas de medio de esporulación seguido de incubación durante 18-24 horas a 37 ° C
  7. Recuento de las colonias bacterianas de las placas usando un contador de colonias y calcular el título de las bacterias en la suspensión de la prueba. Preparar suspensión bacteriana con la concentración final 1 x 10 8 UFC / ml en PBS.

2. Animales

  1. Utilice 32 ratas Sprague-Dawley macho (250 - 300 g,). Mantener los animales en condiciones libres de patógenos específicos con acceso libre a pienso estándar de pellets y agua. Establecer una temperatura media (21 ± 1 ° C), humedad (50 ± 5%) y un ciclo de luz-oscuridad de 12 horas.

3. Diseño Experimental

  1. Iniciar el tratamiento de los animales por sonda oral 11, después de 2 días de aclimatación. Usar la jeringa con la aguja de gavage oral. El tratamiento de las ratas con 16 B. suspensión subtilis BSB3 (1 ml por rata) dos veces al día durante dos días (B. subtilis grupo). Tratar a 16 ratas con PBS (1 ml por rata) dos veces al día durante dos días (grupo PBS) (Figura 1).
  2. Después del tratamiento, una subdivisión de cada grupo (8 ratas por grupo): Grupo 1- control (PBS / sin estrés), Grupo 2- B. subtilis (B. subtilis / sin estrés), Grupo 3- estrés (PBS / estrés por calor) y el Grupo B. 4- subtilis + estrés (B. subtilis estrés / calor).
  3. Medir la temperatura rectal de cada rata usando un electronic termómetro digital. Mantener las ratas de los grupos 1 y 2 a temperatura ambiente durante 25 min. Coloque los animales de los grupos 3 y 4 en una cámara climática a 45 ° C y una humedad relativa del 55% durante 25 min.
  4. Después, medir la temperatura rectal de cada rata en todos los grupos utilizando un termómetro digital electrónico. Coloque todos los animales a temperatura ambiente durante 4 h.
  5. Anestesiar las ratas con isoflurano (2-4%) en un frasco de anestesia sellable y observar hasta que las ratas se anestesiaron profundamente (ausencia de respuesta a pizca dedo del pie). La eutanasia a las ratas por decapitación rápida con una guillotina.
  6. Recoger la sangre del tronco de cada rata 20 (15 - 16 ml) con las pipetas apirógenas en tubos apirógenas para obtener suero e inmediatamente tomar muestras de sangre (7 l de cada rata) con una pipeta para el examen microscópico.
  7. Poner los tubos con la sangre en un refrigerador durante al menos 30 minutos para permitir la coagulación. Tubos de centrifugación a 20 ° C, 7.000 xg durante 10 minutos y rápidamenteeliminar el suero con una pipeta. Suero alícuota obtenida de cada rata en 50 volúmenes l y se almacena a -20 ° C hasta el ensayo.

4. Procedimiento Quirúrgico

  1. Cortar / recorte toda la piel del abdomen y el tórax de la parte inferior de la carcasa con unas tijeras eléctricas. Coloque la carcasa en un gabinete estéril y tratar la superficie afeitada de la carcasa con alcohol 70%.
  2. Utilice un bisturí estéril para crear una incisión en la línea media del abdomen. Eliminar hígado, ganglios linfáticos mesentéricos, el bazo y el intestino delgado de cada rata utilizando pinzas estériles.

5. Análisis de la translocación bacteriana

  1. Colocar cada muestra de hígado, ganglios linfáticos mesentéricos y el bazo en tubos estériles tarados y pesar. Calcular el peso de la muestra como una diferencia entre el peso de un tubo con una muestra y el peso de un tubo vacío.
  2. Añadir PBS estéril al tubo para obtener una dilución 1:10 (w / v) de la muestra y homogeNiza cada muestra con un homogeneizador de tejidos de vidrio estéril para obtener una suspensión homogénea 21.
  3. Hacer diluciones seriadas (10 -1 a 10 -4) de cada muestra en PBS estéril. Plate 0,1 ml de todas las diluciones de cada tejido sobre la superficie de MacConkey y agar de sangre 5% y agar sangre Brucella con hemina (0,005 g / L) y vitamina K1 (0,01 g / L) placas.
  4. Incubar MacConkey y de placas de agar sangre 5% aeróbicamente y placas de agar sangre Brucella en condiciones anaeróbicas a 37 ° C 22.
  5. Recuento de las colonias de bacterias aerobias después de 24 hr, y las colonias de bacterias anaerobias después de 48 horas de incubación usando un contador de colonias. Expresar los resultados como el número de unidades formadoras de colonias (UFC) en un gramo de tejido.

6. Análisis histológico

  1. Retire pequeñas muestras de intestino de cada rata por el procedimiento quirúrgico (pasos 4.1 a 4.2). Fijar las muestras en fijador de Bouin, incrustar en parafina,preparar 6 micras secciones y secciones de tinción con hematoxilina y eosina usando procedimientos estándar 23.
  2. Utilice un sistema de microscopio de alta resolución para medir la altura de las vellosidades intestinales y espesor total de la mucosa en cada muestra (aumento de 100X) 24. Analizar 4 muestras de cada rata y hacer por lo menos veinte mediciones en cada muestra. Expresar los resultados en micrómetros.

7. Ensayo de citoquinas

  1. Utilice kits comerciales de ELISA para rata IL-1β; IL-6; TNF-α; INF-γ, y IL-10 para medir los niveles de citoquinas en el suero de acuerdo con el protocolo del fabricante.
  2. Generar curvas estándar para cada conjunto de muestras ensayadas usando estándares para el kit relevante. Definir el nivel de citocinas en cada muestra por comparación de los datos experimentales con la curva estándar apropiado.

8. Ensayo de lipopolisacárido

  1. Analizar el nivel de LPS en el suero usando una rata kit de ELISA de acuerdo con LPSprotocolo del fabricante. Estimar la concentración de LPS en muestras por comparación de los valores obtenidos con los valores de la curva estándar.

9. Alta Resolución Microscopía de Sangre

  1. Utilizar el sistema de microscopio descrito previamente 25,26. Utilice una plataforma de aislamiento de vibración como una base para el sistema de microscopio y cámara de vídeo y el ordenador 25 para grabar las imágenes en vivo. Calibrar las imágenes de prueba utilizando una diapositiva Richardson como se ha descrito previamente 27.
  2. Coloque 7 l de sangre recién extraída de cada rata en un portaobjetos de vidrio, cubreobjetos, fotografiar y grabar diez cuadros de imagen de 72 x 53,3 m 2 en cada muestra (ampliación 1,700X).
  3. Medir la concentración de vesículas utilizando software que proporciona una alta resolución de visión directa imágenes ópticas en tiempo real. Examinar un mínimo de 20 cuadros de imagen para cada condición experimental 28.

10. Statistics

  1. Expresar todos los valores como media y desviación estándar. Realizar el análisis estadístico y el trazado gráfico. Analizar los resultados con la prueba t de dos muestras, ajustar el nivel de significación de 0,05 para definir la significación estadística.

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Representative Results

La temperatura corporal media de los animales antes e inmediatamente después del estrés por calor fue de 36,7 ± 0,07 ° C y 40,3 ± 0,17 ° C, respectivamente (P <0,05). La exposición de ratas al calor (grupo 3) resultó en una inhibición significativa de la altura de las vellosidades y el grosor de la mucosa total de (Figuras 2, 3). La administración oral de la cepa BSB3 antes protegida estrés intestino de los efectos nocivos de calor.

La translocación de bacterias en el intestino se determinó por análisis bacteriológico de los ganglios linfáticos mesentéricos (MLN), el hígado y el bazo de cada rata. Los cultivos bacterianos en una concentración de 1,7 x 10 3 ± 4,6 x 10 2 CFU / g de tejido (figura 4), ​​sólo se aislaron de MLN y el hígado de las ratas tratadas previamente con PBS y se expusieron a calor (grupo 3). Todas las muestras ensayadas a partir de ratas de control (grupos 1, 2) y de los animales estresados ​​por calorrecibido una cepa BSB3 (grupo 4) eran estériles. No hay bacterias se aislaron a partir de muestras de bazo.

Ningún cambio de la IL-1β; IL-6, TNF-α, INF-gamma niveles de citocinas se registraron en ratas estrés por calor. En el suero de los animales tratados con PBS antes de la exposición al calor elevación significativa de los niveles de IL-10 y LPS fue encontrado (grupo 3) - (Figuras 5, 6). Pre-tratamiento con B. subtilis BSB3 (grupo 4) impidió el aumento de la IL-10 y LPS en el suero de los animales estresados ​​por calor.

Un aumento significativo de la concentración de vesículas libre de (1,4 ± 0,2) x 10 6 a (3,8 ± 0,3) x 10 6 vesículas l -1 (p <0,001) se encontró en la sangre de ratas que recibieron PBS antes de estrés por calor (Figuras 7 , 8). En un grupo de animales tratados previamente con BSB3 se encontró ningún cambio en el número de vesículas libres popaer la exposición al calor (Figura 7).

Figura 1
Figura 1. Diseño del estudio. Dos grupos de ratas (16 ratas en cada grupo) se trataron por sonda oral con B. subtilis BSB3 (B. subtilis grupo) o con PBS (grupo PBS) dos veces al día. En el día 3 de cada grupo se subdividió en 8 ratas en cada grupo. Las ratas de los grupos 3 y 4 se colocaron a 45 ° C durante 25 min. Los animales control (grupos 1 y 2) se mantuvieron a temperatura ambiente. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. Medición de la Intestinal Villi Altura (A) y de la mucosa Espesor (B) en ratas. Las ratas tratadas previamente con PBS oB. subtilis BSB3 fueron expuestos a 45 o C (estrés) o a temperatura ambiente (de control). Cada grupo consistía en 8 ratas. Se tomaron veinte mediciones de cada parámetro en cada muestra. Los valores se presentan como la media y la desviación estándar. Los resultados se analizaron con la prueba t de dos muestras al nivel de significación 0,05 para definir la significación estadística. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3. Las imágenes histológicas de la mucosa intestinal se tiñeron con hematoxilina y eosina. Las ratas fueron tratadas previamente con PBS o B. subtilis BSB3 y se expone a 45 ° C (estrés) oa temperatura ambiente (control) A. PBS / sin estrés;. B. PBS estrés / calor; C. B. subtilis / sin estrés; D. B. subtilis estrés / calor. altura de las vellosidades se indica mediante flechas. Bar 200 m. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4. Número total de bacterias en tejidos de ratas. Las ratas tratadas previamente con PBS o B. subtilis BSB3 fueron expuestos a 45 o C (estrés) o a temperatura ambiente (de control). Cada grupo consistía en 8 ratas. Los ganglios linfáticos mesentéricos, hígado y bazo se retiraron asépticamente de cada rata, se homogeneizó y se sembraron en medio de agar para recuperar bacterias aerobias y anaerobias. Recuento total de bacterias translocados (aeróbicas y anaeróbicas) se presenta como unidades formadoras de colonias (UFC) por gramo de tejido. Los valores se presentan como la media y la desviación estándar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5. El nivel de IL-10 en suero de ratas. Las ratas pretratadas con PBS o B. subtilis BSB3 fueron expuestos a 45 o C (estrés) o a temperatura ambiente (de control). Cada grupo consistía en 8 ratas. suero Se obtuvo sangre de cada rata y se analizó con un kit de ELISA comercial para ratas. Los valores se presentan como la media y la desviación estándar. Los resultados se analizaron con la prueba t de dos muestras al nivel de significación 0,05 para definir la significación estadística. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

tienda "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figura 6
Figura 6. La concentración de LPS en suero de ratas. Las ratas pretratadas con PBS o B. subtilis BSB3 fueron expuestos a 45 o C (estrés) o a temperatura ambiente (de control). Cada grupo consistía en 8 ratas. suero Se obtuvo sangre de cada rata y se analizó con un kit de ELISA comercial para ratas. Los valores se presentan como la media y la desviación estándar. Los resultados se analizaron con la prueba t de dos muestras al nivel de significación 0,05 para definir la significación estadística. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7
Figura 7. Número de vesículas en la sangre de ratas. Las ratas pretratadascon PBS o B. subtilis BSB3 fueron expuestos a 45 o C (estrés) o a temperatura ambiente (de control). Una pequeña gota (7 l) de sangre recién extraída se colocó en un portaobjetos de vidrio, coverslipped, fotografió y grabó diez cuadros de imagen en cada muestra (ampliación 1,700X). La concentración de vesículas se midió utilizando el software que proporciona una alta resolución de visión directa imágenes ópticas en tiempo real. Veinte cuadros de imagen se examinaron para cada condición experimental. Los valores se presentan como la media y la desviación estándar. Los resultados se analizaron con la prueba t de dos muestras al nivel de significación 0,05 para definir la significación estadística. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8
Figura 8. Aumento de la VeConcentración siclos en la sangre después de la tensión de calor. Imagen del vídeo de la sangre de las ratas tratadas previamente con PBS antes de la exposición a temperatura ambiente (A) o de 45 ° C (B). Una pequeña gota (7 l) de sangre recién extraída se colocó en un portaobjetos de vidrio, coverslipped, fotografió y grabó diez cuadros de imagen en cada muestra (ampliación 1,700X). La vesícula está indicada como V. Bar 6 micras. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

La exposición a altas temperaturas en condiciones graves de salud 29. La prevención y la detección precoz de complicaciones relacionadas con el estrés por calor son de vital importancia 30. El protocolo presentado se puede utilizar para evaluar la eficacia de los diversos enfoques para la prevención del estrés por calor efectos adversos.

Los pasos críticos dentro de este protocolo son: el procedimiento de tratamiento térmico (45 ° C, 25 min); el uso de materiales apirógenas durante la recogida y procesamiento de la sangre para prevenir la contaminación con enterotoxinas; manteniendo alícuotas de suero a -20 ° C para evitar los ciclos de congelación y descongelación; y siguiendo el procedimiento estéril durante el análisis de la translocación bacteriana. El protocolo se estableció para el tratamiento oral de ratas con bacterias para la prevención de los efectos secundarios de estrés térmico. Para otras vías de administración y otros compuestos, este protocolo puede ser modificado. Por ejemplo, el tiempo de tratamiento antes de estrés por calor puede ser extendido. La administración oral se puede cambiar para administración rectal. Se utilizaron bacterias Bacillus subtilis para la prevención de complicaciones de estrés térmico por el tratamiento oral de los animales antes de la exposición a temperatura elevada. Con el fin de curar las complicaciones de estrés por calor, este protocolo puede ser modificado por el uso de bacterias para el tratamiento de los animales después de la exposición al calor.

Se ha demostrado que la elevación de la temperatura corporal provocó un aumento de vesiculación de eritrocitos, y esto se evitó por completo por pre-tratamiento con B. bacterias subtilis. Por lo tanto, el aumento de la concentración de vesículas en la sangre durante la exposición a calor puede indicar el nivel de estrés por calor y proporciona pruebas de diagnóstico para la estabilidad de los eritrocitos y su resistencia al calor. También es una prueba muy útil y rápida para la evaluación de la eficacia de un tratamiento preventivo contra las complicaciones de estrés térmico. La junta de inducciónproteínas de choque térmico f como un marcador de estrés por calor se discutió previamente 30, pero este enfoque es que consume tiempo y no se pueden utilizar para el diagnóstico en tiempo real de la respuesta al estrés por calor.

El enfoque que se presenta para la prevención del estrés térmico efectos adversos es simple, rentable y no requiere equipo adicional o instalaciones especiales. aplicación en el futuro de este trabajo ayudará a comprender los mecanismos de protección contra las complicaciones de estrés por calor y caracterizar los nuevos procedimientos de esta protección. Este método es de importancia para los trabajadores de la carretera, el personal militar, atletas - grupos de personas que están en riesgo de sufrir un golpe de calor durante la intensa actividad física al aire libre 29. El método propuesto permite examinar el nivel de estrés por calor y para evaluar diversos métodos para proteger la salud de las personas que trabajan en condiciones extremas.

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Disclosures

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Phosphate buffered saline (PBS) Sigma-Aldrich, St. Louis, MO P4417
Ethyl Alcohol  Pharmco products Inc. Brookfield, CT, USA  64-17-5
Agar VWR 97064-334
MacConkey agar plates VWR 470180-742
5% blood agar plates VWR 89405-024
Brucella blood agar plate with Hemin, and Vitamin K VWR 89405-032
Bouin’s Fixative Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA, USA 15990
IL-10 Rat ELISA kit Invitrogen, Camarillo, CA, USA KRC0101
IL-1beta Rat ELISA Kit Invitrogen, Camarillo, CA, USA KRC0011
IL-6 Rat ELISA Kit Invitrogen, Camarillo, CA, USA KRC0061
INF-gamma Rat ELISA Kit Invitrogen, Camarillo, CA, USA KRC4021
TNF-alpha Rat ELISA Kit Invitrogen, Camarillo, CA, USA KRC3011
Rat LPS ELISA Kit NeoBioLab, MA, USA RL0275
Environmental Chamber 6020-1 Caron, Marietta, OH, USA 6020-1
Centrifuge  Beckman Coulter, Indianapolis, IN, USA Optima L-90K
Ultra Centrifuge
Light microscope optical system CitoViva Technology Inc., Auburn, AL
Colony counter Fisher Scientific , Pittsburgh, PA, USA RE-3325
Freezer Haier, Brooklyn, NY, USA HCMO50LA
Ultra microplate reader Bio-Tek Instrument, Winooski, VT, USA ELx 808
Auto Strip Washer Bio-Tek Instrument, Winooski, VT, USA ELx50
Pipettes Gilson, Pipetman, France P100, P200, P1000
C24 Incubator Shaker New Brunswick Scientific, Enfield, CT, USA Classic C24
Rocking Shaker  Reliable Scientific, Inc., Nesbit, MS, USA 55
Petri dishes Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA 875713 100 mm x 15 mm
SterilGard III Advance The Baker Company, Sanford, ME, USA SG403
Culture Growing Flasks Corning Incorporated, Corning, NY, USA 4995 PYREX 250 ml Erlenmeyer flasks
Optical Spectrometer Genesys 20 Thermo Scientific, Waltham, MA, USA. 4001
Sony DXC-33 Video camera Sony
Richardson test slide Electron Microscopy Science, Hatfield, PA, USA 80303
Millipore water purification system Millipore Direct-Q
Image-Pro Plus software Media Cybernetics, MD, USA
Triple Beam Balance OHAUS Corporation, Parsippany, NJ, USA
Tissue Homogenizer, Dounce VWR 71000-518

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Inmunología No. 113, estrés térmico la microbiota intestinal los probióticos vesiculación de eritrocitos la translocación de bacterias lipopolisacáridos
Prevención de Estrés Térmico efectos adversos en ratas<em&gt; Bacillus subtilis</em&gt; Strain
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Sorokulova, I., Globa, L., Pustovyy, More

Sorokulova, I., Globa, L., Pustovyy, O., Vodyanoy, V. Prevention of Heat Stress Adverse Effects in Rats by Bacillus subtilis Strain. J. Vis. Exp. (113), e54122, doi:10.3791/54122 (2016).

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